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Dijkstra演算法C++實現

  • 以下程式碼為Willam編寫的Dijkstra最短路徑演算法的C++實現。輸入為有向圖,輸出最短路徑。
  • Dijkstra.h檔案的程式碼
/************************************************************/
/*                程式作者:Willam                          */
/*                程式完成時間:2017/3/8                    */
/*                有任何問題請聯絡:[email protected]       */
/************************************************************/
//@儘量寫出完美的程式 #pragma once //#pragma once是一個比較常用的C/C++雜注, //只要在標頭檔案的最開始加入這條雜注, //就能夠保證標頭檔案只被編譯一次。 #include<iostream> #include<string> using namespace std; /* 本程式是使用Dijkstra演算法實現求解最短路徑的問題 採用的鄰接矩陣來儲存圖 */ //記錄起點到每個頂點的最短路徑的資訊 struct Dis { string path; int value; bool visit; Dis() { visit = false
; value = 0; path = ""; } }; class Graph_DG { private: int vexnum; //圖的頂點個數 int edge; //圖的邊數 int **arc; //鄰接矩陣 Dis * dis; //記錄各個頂點最短路徑的資訊 public: //建構函式 Graph_DG(int vexnum, int edge); //解構函式 ~Graph_DG(); // 判斷我們每次輸入的的邊的資訊是否合法 //頂點從1開始編號 bool check_edge_value(int
start, int end, int weight); //建立圖 void createGraph(); //列印鄰接矩陣 void print(); //求最短路徑 void Dijkstra(int begin); //列印最短路徑 void print_path(int); };
  • Dijkstra.cpp檔案的程式碼
#include"Dijkstra.h"
//建構函式
Graph_DG::Graph_DG(int vexnum, int edge) {
    //初始化頂點數和邊數
    this->vexnum = vexnum;
    this->edge = edge;
    //為鄰接矩陣開闢空間和賦初值
    arc = new int*[this->vexnum];
    dis = new Dis[this->vexnum];
    for (int i = 0; i < this->vexnum; i++) {
        arc[i] = new int[this->vexnum];
        for (int k = 0; k < this->vexnum; k++) {
            //鄰接矩陣初始化為無窮大
                arc[i][k] = INT_MAX;
        }
    }
}
//解構函式
Graph_DG::~Graph_DG() {
    delete[] dis;
    for (int i = 0; i < this->vexnum; i++) {
        delete this->arc[i];
    }
    delete arc;
}
// 判斷我們每次輸入的的邊的資訊是否合法
//頂點從1開始編號
bool Graph_DG::check_edge_value(int start, int end, int weight) {
    if (start<1 || end<1 || start>vexnum || end>vexnum || weight < 0) {
        return false;
    }
    return true;
}
void Graph_DG::createGraph() {
    cout << "請輸入每條邊的起點和終點(頂點編號從1開始)以及其權重" << endl;
    int start;
    int end;
    int weight;
    int count = 0;
    while (count != this->edge) {
        cin >> start >> end >> weight;
        //首先判斷邊的資訊是否合法
        while (!this->check_edge_value(start, end, weight)) {
            cout << "輸入的邊的資訊不合法,請重新輸入" << endl;
            cin >> start >> end >> weight;
        }
        //對鄰接矩陣對應上的點賦值
        arc[start - 1][end - 1] = weight;
        //無向圖新增上這行程式碼
        //arc[end - 1][start - 1] = weight;
        ++count;
    }
}
void Graph_DG::print() {
    cout << "圖的鄰接矩陣為:" << endl;
    int count_row = 0; //列印行的標籤
    int count_col = 0; //列印列的標籤
    //開始列印
    while (count_row != this->vexnum) {
        count_col = 0;
        while (count_col != this->vexnum) {
            if (arc[count_row][count_col] == INT_MAX)
                cout << "∞" << " ";
            else
            cout << arc[count_row][count_col] << " ";
            ++count_col;
        }
        cout << endl;
        ++count_row;
    }
}
void Graph_DG::Dijkstra(int begin){
    //首先初始化我們的dis陣列
    int i;
    for (i = 0; i < this->vexnum; i++) {
        //設定當前的路徑
        dis[i].path = "v" + to_string(begin) + "-->v" + to_string(i + 1);
        dis[i].value = arc[begin - 1][i];
    }
    //設定起點的到起點的路徑為0
    dis[begin - 1].value = 0;
    dis[begin - 1].visit = true;

    int count = 1;
    //計算剩餘的頂點的最短路徑(剩餘this->vexnum-1個頂點)
    while (count != this->vexnum) {
        //temp用於儲存當前dis陣列中最小的那個下標
        //min記錄的當前的最小值
        int temp=0;
        int min = INT_MAX;
        for (i = 0; i < this->vexnum; i++) {
            if (!dis[i].visit && dis[i].value<min) {
                min = dis[i].value;
                temp = i;
            }
        }
        //cout << temp + 1 << "  "<<min << endl;
        //把temp對應的頂點加入到已經找到的最短路徑的集合中
        dis[temp].visit = true;
        ++count;
        for (i = 0; i < this->vexnum; i++) {
            //注意這裡的條件arc[temp][i]!=INT_MAX必須加,不然會出現溢位,從而造成程式異常
            if (!dis[i].visit && arc[temp][i]!=INT_MAX && (dis[temp].value + arc[temp][i]) < dis[i].value) {
                //如果新得到的邊可以影響其他為訪問的頂點,那就就更新它的最短路徑和長度
                dis[i].value = dis[temp].value + arc[temp][i];
                dis[i].path = dis[temp].path + "-->v" + to_string(i + 1);
            }
        }
    }

}
void Graph_DG::print_path(int begin) {
    string str;
    str = "v" + to_string(begin);
    cout << "以"<<str<<"為起點的圖的最短路徑為:" << endl;
    for (int i = 0; i != this->vexnum; i++) {
        if(dis[i].value!=INT_MAX)
        cout << dis[i].path << "=" << dis[i].value << endl;
        else {
            cout << dis[i].path << "是無最短路徑的" << endl;
        }
    }
}
  • main.cpp檔案的程式碼
#include"Dijkstra.h"
//檢驗輸入邊數和頂點數的值是否有效,可以自己推算為啥:
//頂點數和邊數的關係是:((Vexnum*(Vexnum - 1)) / 2) < edge
bool check(int Vexnum, int edge) {
    if (Vexnum <= 0 || edge <= 0 || ((Vexnum*(Vexnum - 1)) / 2) < edge)
        return false;
    return true;
}
int main() {
    int vexnum; int edge;

    cout << "輸入圖的頂點個數和邊的條數:" << endl;
    cin >> vexnum >> edge;
    while (!check(vexnum, edge)) {
        cout << "輸入的數值不合法,請重新輸入" << endl;
        cin >> vexnum >> edge;
    }
    Graph_DG graph(vexnum, edge);
    graph.createGraph();
    graph.print();
    graph.Dijkstra(1);
    graph.print_path(1);
    system("pause");
    return 0;
}

輸入:

6 8
1 3 10
1 5 30
1 6 100
2 3 5
3 4 50
4 6 10
5 6 60
5 4 20

輸出: 
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