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單源最短路徑及其java實現

演算法思想連結:演算法思想及c++實現
本文采用java實現,並帶有略微詳細的註解。

package com.qf.greaph;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Map.Entry;

/**
 * @author jiayoo
 * 7 / 30  
 * Dijkstra最短路徑演算法是一種單源最短路徑
 * 本文采用的是鄰接表表示圖。
 * 
 * 圖的表示: 1. 採用 ArrayList 來儲存 圖的頂點
 *      2. 採用 Map 來儲存 邊集  , map 可以 實現 一對多的關係, 因此能很好的實現鄰接表結構
 *      3. 採用ArrayList的原因 是使 邊集有序 這樣, Node 的裡面 那個記錄距離的集合才能一一對應
 */
public class MinPath { private static class graph{ private ArrayList<Node1> nodes = new ArrayList<>(); // 表示圖頂點 , 同時他也作為V集合 private Map<Node1, ArrayList<Node1>> adjaNode = new HashMap<>(); // 表示圖的邊 private ArrayList<Node1> nodes1 ; // 表示S集合, 即儲存已經訪問的節點,
private float[] minPath; //用來儲存源點到每個頂點的距離 float min = Float.MAX_VALUE; /** * @param start * @param end * @param distance * 構建鄰接表。使之成為圖 */ public void addAdjaNode(Node1 start, Node1 end, float distance) { if (!nodes.contains(start)) { nodes.add(start); } if
(!nodes.contains(end)) { nodes.add(end); } if (adjaNode.containsKey(start) && adjaNode.get(start).contains(end)) { return ; } if (adjaNode.containsKey(start)) { adjaNode.get(start).add(end); }else { ArrayList<Node1> node = new ArrayList<Node1>(); node.add(end); adjaNode.put(start, node); } start.distonext.add(distance); } /** * 將圖打印出來 */ public void prinGraph() { if (nodes == null || adjaNode == null) { System.out.println("圖為空"); return ; } for (Entry<Node1, ArrayList<Node1>> entry : adjaNode.entrySet()) { System.out.println("頂點 : " + entry.getKey().name + " 連結頂點有: "); for(int i = 0; i < entry.getValue().size(); i++) { System.out.print(entry.getValue().get(i).name + " " + "距離是: " + entry.getKey().distonext.get(i) + ", "); } System.out.println(); } } /** * 1.這個方法用於初始化S集合 及 初始化距離陣列 * 2. 設定源點, 並且將源點作為內容 初始化演算法 */ public void findMinPath() { Node1 node1 = null; // 用來記錄列表裡最小的點 nodes1 = new ArrayList<>(); // 儲存已經遍歷過的點 minPath = new float[nodes.size()]; // 初始化距離陣列 int i; /* * 對最短路徑進行初始化, 設定源點到其他地方的值為無窮大 * */ for (i = 0; i < minPath.length; i++) { minPath[i] = Float.MAX_VALUE; } Node1 node = nodes.get(0); nodes1.add(node); // 將源點加入 S 集合 node.visited = true; ArrayList<Node1> n = adjaNode.get(node); // 獲取到源點的邊集 /* * 先對源節點進行初始化 * 1. 對 距離陣列進行初始化。 * 2. 找到源點到某個距離最短的點, 並標記 * * */ for (i = 0; i < n.size(); i++) { minPath[n.get(i).id] = node.distonext.get(i); // 最短路徑記錄 if (min > node.distonext.get(i)) { min = node.distonext.get(i); node1 = n.get(i); // 找到當前最短路徑 } } this.process(node1, min); } private void process(Node1 node, float distance ) { min = Float.MAX_VALUE; //作為標記 Node1 node1 = null; // 同樣記錄距離最短的點 int i; ArrayList<Node1> n = adjaNode.get(node); // 獲得邊集 for (i = 0 ; i < n.size(); i++) { if (!n.get(i).visited) { // 這個邊集裡的頂點不在 S 集合裡 if (minPath[n.get(i).id] == Float.MAX_VALUE) { minPath[n.get(i).id] = distance + node.distonext.get(i); // 源點到下一點的距離 }else if (distance + node.distonext.get(i) < minPath[n.get(i).id] ) { //源點到該頂點的距離變小了, 則改變 minPath[n.get(i).id] = distance + node.distonext.get(i); // 更新源點到下一個點的距離 } } } /* * 這個for 用於找到 距離集合中 距離源點最近 且並未被訪問過的 * 這個for 同時可以確保 該節點確實可到達 * */ for (i = 1; i < minPath.length; i++) { if (!nodes.get(i).visited) { if (min > minPath[i] ) { min = minPath[i]; node1 = nodes.get(i); } } } if (node1 != null) { node1.visited = true; process(node1, min); //源點到 當前的距離 }else { // 說明此位置沒有後續節點, 或者 已經全部被訪問完了, 則到達此位置只需要加上此位置的值 } } } public static void main(String[] args) { Node1 n1 = new Node1(0,"A"); Node1 n2 = new Node1(1,"B"); Node1 n3 = new Node1(2,"C"); Node1 n4 = new Node1(3,"D"); Node1 n5 = new Node1(4,"E"); Node1 n6 = new Node1(5,"F"); graph gp = new graph(); gp.addAdjaNode(n1, n2, 6); gp.addAdjaNode(n2, n1, 6); gp.addAdjaNode(n1, n3, 3); gp.addAdjaNode(n3, n1, 3); gp.addAdjaNode(n2, n3, 2); gp.addAdjaNode(n3, n2, 2); gp.addAdjaNode(n2, n4, 5); gp.addAdjaNode(n4, n2, 5); gp.addAdjaNode(n3, n4, 3); gp.addAdjaNode(n4, n3, 3); gp.addAdjaNode(n3, n5, 4); gp.addAdjaNode(n5, n3, 4); gp.addAdjaNode(n4, n5, 2); gp.addAdjaNode(n5, n4, 2); gp.addAdjaNode(n4, n6, 3); gp.addAdjaNode(n6, n4, 3); gp.addAdjaNode(n5, n6, 5); gp.addAdjaNode(n6, n5, 5); // 下面嘗試一下非連通圖 // /** // * 權值: 1 // * A -----------B // * 權 | * // * 值 | * 權值: 3 // * 2 | * // * C-----D // * 權值: 5 // * // * // * */ // // gp.addAdjaNode(n1, n2, 1); // gp.addAdjaNode(n2, n1, 1); // // gp.addAdjaNode(n1, n3, 2); // gp.addAdjaNode(n3, n1, 2); // // gp.addAdjaNode(n1, n4, 3); // gp.addAdjaNode(n4, n1, 3); // // gp.addAdjaNode(n3, n4, 5); // gp.addAdjaNode(n4, n3, 5); gp.prinGraph(); System.out.println("--------------------------------------------------------------------"); System.out.println("此陣列下標代表id,值代表從源點分別到各點的最短距離, A開始的下標是0, B、C、D等依次類推, 並且源點預設設定為id為零0的開始"); gp.findMinPath(); System.out.println(Arrays.toString(gp.minPath)); } } /** * 頂點類 */ class Node1{ String name; boolean visited = false; // 訪問狀態。有效 減少原演算法移除V集合中元素所花費的時間 int id = -1; // 設定預設id為-1 ArrayList<Float> distonext = new ArrayList<>(); //這一點 到另外每一個點的距離 public Node1(int id, String name) { this.id = id; this.name = name; } }