当前位置 博文首页 > Inmaturity_7的博客:迪杰斯特拉(Dijkstra)算法学习(Java)

    Inmaturity_7的博客:迪杰斯特拉(Dijkstra)算法学习(Java)

    作者:[db:作者] 时间:2021-07-16 21:49

    迪杰斯特拉(Dijkstra)算法学习(Java)

    学习视频:尚硅谷韩老师java讲解数据结构和算法

    一、迪杰斯特拉(Dijkstra)算法介绍

    迪杰斯特拉(Dijkstra)算法是典型最短路径算法,用于计算一个结点到其他结点的最短路径。它的主要特点是以 起始点为中心向外层层扩展**(广度优先搜索思想)**,直到扩展到终点为止。

    二、迪杰斯特拉(Dijkstra)算法过程

    1. 设置出发顶点为 v,顶点集合 V{v1,v2,vi…},v 到 V 中各顶点的距离构成距离集合 Dis,Dis{d1,d2,di…},Dis 集合记录着 v 到图中各顶点的距离(到自身可以看作 0,v 到 vi 距离对应为 di)
    2. 从 Dis 中选择值最小的 di 并移出 Dis 集合,同时移出 V 集合中对应的顶点 vi,此时的 v 到 vi 即为最短路径
    3. 更新 Dis 集合,更新规则为:比较 v 到 V 集合中顶点的距离值,与 v 通过 vi 到 V 集合中顶点的距离值,保留 值较小的一个(同时也应该更新顶点的前驱节点为 vi,表明是通过 vi 到达的)
    4. 重复执行两步骤,直到最短路径顶点为目标顶点即可结束

    三、迪杰斯特拉(Dijkstra)算法最佳应用-最短路径

    在这里插入图片描述

    1. 战争时期,胜利乡有 7 个村庄(A, B, C, D, E, F, G) ,现在有六个邮差,从 G 点出发,需要分别把邮件分别送到 A, B, C , D, E, F 六个村庄
    2. 各个村庄的距离用边线表示(权) ,比如 A – B 距离 5 公里
    3. 问:如何计算出 G 村庄到 其它各个村庄的最短距离?
    4. 如果从其它点出发到各个点的最短距离又是多少?
    5. 使用图解的方式分析了迪杰斯特拉(Dijkstra)算法思路

    在这里插入图片描述

    四、迪杰斯特拉算法解决上述问题–代码实现

    package com.lxf.dijstra;
    
    import java.util.Arrays;
    
    public class DijkstraAlgorithm {
        public static void main(String[] args) {
            //顶点数组
            char[] vertex={'A','B','C','D','E','F','G'};
            //邻接矩阵
            int[][] matrix=new int[vertex.length][vertex.length];
            final int N=65535;
            matrix[0]=new int[]{N,5,7,N,N,N,2};
            matrix[1]=new int[]{5,N,N,9,N,N,3};
            matrix[2]=new int[]{7,N,N,N,8,N,N};
            matrix[3]=new int[]{N,9,N,N,N,4,N};
            matrix[4]=new int[]{N,N,8,N,N,5,4};
            matrix[5]=new int[]{N,N,N,4,5,N,6};
            matrix[6]=new int[]{2,3,N,N,4,6,N};
    
            //创建Graph对象
            Graph graph = new Graph(vertex, matrix);
            //测试,看看图的邻接矩阵是否ok
            graph.showGraph();
    
            //测试迪杰斯特拉算法
            graph.dsj(6);
    
            graph.show();
        }
    
    }
    
    /**
     *
     */
    // 已访问顶点集合
    class VisitedVertex {
        // 记录各个顶点是否访问过,true:表示访问过,false:未访问,会动态更新
        public boolean[] already_arr;
        // 每个下标对应的值为前一个顶点下标, 会动态更新
        public int[] pre_visited;
        // 记录出发顶点到其他所有顶点的距离,比如 G 为出发顶点,就会记录 G 到其它顶点的距离,会动态更新,求 的最短距离就会存放到 dis
        public int[] dis;
    
    
        /**
         * 构造器
         * @param length :表示顶点的个数
         * @param index: 出发顶点对应的下标,比如G顶点,下标就是6
         */
        public VisitedVertex(int length,int index) {
            this.already_arr=new boolean[length];
            this.pre_visited=new int[length];
            this.dis=new int[length];
            //初始化dis数组
            Arrays.fill(dis,65535);
            dis[index]=0;//设置出发顶点本身下标为0
            this.already_arr[index]=true;//设置出发顶点为已访问过
        }
    
        /**
         * 功能:更新出法顶点到index顶点的距离
         * @param index
         * @param len
         */
        public void updateDis(int index,int len){
           dis[index]=len;
        }
    
        /**
         * 功能:更新pre顶点的前驱为index
         * @param pre
         * @param index
         */
        public void updatePre(int pre,int index){
            pre_visited[pre]=index;
        }
    
        /**
         * 功能:返回出发顶点到index顶点的距离
         * @param index
         */
        public int getDis(int index){
            return dis[index];
        }
    
        /**
         * 继续选择并返回新的访问顶点,比如这里的G顶点后,就是将A点作为新的访问顶点(注意不是出发点)
         * @return
         */
        public int updateArr(){
            int min=65535,index=0;
            for (int i = 0; i < already_arr.length; i++) {
                if(!already_arr[i]&&dis[i]<min){
                    min=dis[i];
                    index=i;
                }
            }
            //更新index 顶点被访问过
            already_arr[index]=true;
            return index;
        }
    
        /**
         * 显示最后的结果
         * 即将三个数组的情况输出
         */
        public void show(){
            System.out.println("===================================");
            //输出already_arr
            for (boolean b : already_arr) {
                System.out.print(b+" ");
            }
            System.out.println();
    
            //输出pre_visited
            for (int i : pre_visited) {
                System.out.print(i+" ");
            }
            System.out.println();
    
            //输出dis
            for (int i : dis) {
                System.out.print(i+" ");
            }
            System.out.println();
        }
    }
    
    class Graph{
        private char[] vertex;//顶点数组
        private int[][] matrix;//邻接矩阵
        private VisitedVertex vv;//已经访问的顶点的集合
    
        //构造器
        public Graph(char[] vertex, int[][] matrix) {
            this.vertex = vertex;
            this.matrix = matrix;
        }
        //显示图
        public void showGraph(){
            for (int[] link : matrix) {
                System.out.println(Arrays.toString(link));
            }
        }
    
        /**
         * 迪杰斯特拉算法
         * @param index
         */
        public void dsj(int index){
            vv = new VisitedVertex(vertex.length, index);
            //更新index顶点到周围顶点的距离和前驱结点
            update(index);
            for (int i = 0; i < vertex.length; i++) {
                index=vv.updateArr();//选择并返回新的访问顶点
                update(index);//更新index顶点到周围顶点的距离和前驱结点
            }
        }
    
        /**
         * 更新index下标顶点到周围顶点的距离和周围顶点的前驱顶点
         * @param index
         */
        private void update(int index){
            // matrix[0]=new int[]{N,5,7,N,N,N,2};
            // matrix[1]=new int[]{5,N,N,9,N,N,3};
            // matrix[2]=new int[]{7,N,N,N,8,N,N};
            // matrix[3]=new int[]{N,9,N,N,N,4,N};
            // matrix[4]=new int[]{N,N,8,N,N,5,4};
            // matrix[5]=new int[]{N,N,N,4,5,N,6};
            // matrix[6]=new int[]{2,3,N,N,4,6,N};
            int len=0;
            //根据遍历我们的邻接矩阵的matrix[index]行
            for (int i =