讲课:拓扑排序、最短路算法

发布时间 2023-04-17 21:21:49作者: 俄罗斯刺沙蓬

什么是图?

把图在计算机中表示(储存)

拓扑排序

  • 与一个顶点 v 关联的边的条数称作该顶点的 度 (degree)
  • 在有向图 G = (V, E) 中,以一个顶点 v 为起点的边的条数称为该顶点的 出度 (out-degree),
  • 以一个顶点 v 为终点的边的条数称为该节点的 入度 (in-degree)

思路

  • 首先记录各个点的入度

  • 然后将入度为 0 的点放入队列

  • 将队列里的点依次出队列,然后找出所有出队列这个点发出的边,删除边,同事边的另一侧的点的入度 -1。

  • 如果所有点都进过队列,则可以拓扑排序,输出所有顶点。否则输出-1,代表不可以进行拓扑排序。

参考代码

应用

判断图中是否有环路

练习

luogu P1347排序

最短路算法

dijkstra单源最短路算法

dijkstra

练习

acwing 4240.青蛙

bellman-ford 算法和SPFA优化

  • bellman-ford 算法的松弛操作
  • 枚举所有边,松弛所有点到原点的距离
  • 跑正常的有最短路的图没问题(最短路径存在,并且显然不超过点的数量-1)
  • 但存在负环时,可以知道途中不存在最短路,因为每次松弛都会把最短路变得越来越小,没有意义
  • 一般来说,一个图存在负环,就不可能有最短路,所以用处不多,最多用来判断是否存在负环
  • spfa只有上一次被松弛的结点,所连接的边,才有可能引起下一次的松弛操作。

folyd 多源最短路

借助中间点来设计最短路算法

  • 定义一个数组 f[k][x][y],表示只允许经过结点 1 到 k,结点 x 到结点 y 的最短路长度。
  • f[0][x][y]:x 与 y 的边权,或者 0,或者 无穷
  • f[k][x][y] = min(f[k-1][x][y], f[k-1][x][k]+f[k-1][k][y])(f[k-1][x][y],为不经过 k 点的最短路径,而 f[k-1][x][k]+f[k-1][k][y],为经过了 k 点的最短路)。

核心代码


因为第一维对结果无影响,我们可以发现数组的第一维是可以省略的,于是可以直接改成 f[x][y] = min(f[x][y], f[x][k]+f[k][y])。

总结

拓扑排序

  • 理解度的含义
  • 然后将入度为 0 的点放入队列,删边,更新度数,再次入队

最短路