java使用Dijkstra算法实现单源最短路径

java使用Dijkstra算法实现单源最短路径

单源最短路径问题，即在图中求出给定顶点到其它任一顶点的最短路径。在弄清楚如何求算单源最短路径问题之前，必须弄清楚最短路径的最优子结构性质。

一、最短路径的最优子结构性质

该性质描述为：如果P(i,j)={Vi....Vk..Vs...Vj}是从顶点i到j的最短路径，k和s是这条路径上的中间顶点，那么P(k,s)必定是从k到s的最短路径。下面证明该性质的正确性。

假设P(i,j)={Vi....Vk..Vs...Vj}是从顶点i到j的最短路径，则有P(i,j)=P(i,k)+P(k,s)+P(s,j)。而P(k,s)不是从k到s的最短距离，那么必定存在另一条从k到s的最短路径P'(k,s)，那么P'(i,j)=P(i,k)+P'(k,s)+P(s,j)&lpAgQwUt;P(i,j)。则与P(i,j)是从i到j的最短路径相矛盾。因此该性质得证。

二、Dijkstra算法

Dijkstra提出按各顶点与源点v间的路径长度的递增次序，生成到各顶点的最短路径的算法。既先求出长度最短的一条最短路径，再参照它求出长度次短的一条最短路径，依次类推，直到从源点v 到其它各顶点的最短路径全部求出为止。

对于下图：

运行结果：

从0出发到0的最短路径为：0-->0

从0出发到1的最短路径为：0-->1

从0出发到2的最短路径为：0-->3-->2

从0出发到3的最短路径为：0-->3

从0出发到4的最短路径为：0-->3-->2-->4

=====================================

从0出   发到0的最短距离为：0

从0出   发到1的最短距离为：10

从0出   发到2的最短距离为：50

从0出   发到3的最短距离为：30

从0出   发到4的最短距离为：60

=====================================

public class Dijkstra {

static int M=10000;//(此路不通)

public static void main(String[] args) {

// TODO Auto-generated method stub

int[][] weight1 = {//邻接矩阵

{0,3,2000,7,M},

{3,0,4,2,M},

{M,4,0,5,4},

{7,2,5,0,6},

{M,M,4,6,0}

};

int[][] weight2 = {

{0,10,M,30,100},

{M,0,50,M,M},

{M,M,0,M,10},

{M,M,20,0,60},

{M,M,M,M,0}

};

int start=0;

int[] shortPath = Dijsktra(weight2,start);

for(int i = 0;i < shortPath.length;i++)

System.out.println("从"+start+"出发到"+i+"的最短距离为："+shortPath[i]);

}

public static int[] Dijsktra(int[][] weight,int start){

//接受一个有向图的权重矩阵，和一个起点编号start（从0编号，顶点存在数组中）

//返回一个int[] 数组，表示从start到它的最短路径长度

int n = weight.length; //顶点个数

int[] shortPath = new int[n]; //存放从start到其他各点的最短路径

String[] path=new String[n]; //存放从start到其他各点的最短路径的字符串表示

for(int i=0;i

path[i]=new String(start+"-->"+i);

int[] visited = new int[n]; //标记当前该顶点的最短路径是否已经求出,1表示已求出

//初始化，第一个顶点求出

shortPath[start] = 0;

visited[start] = 1;

for(int count = 1;count <= n - 1;count++) //要加入n-1个顶点

{

int k = -1; //选出一个距离初始顶点start最近的未标记顶点

int dmin = Integer.MAX_VALUE;

for(int i = 0;i < n;i++)

{

if(visited[i] == 0 && weight[start][i] < dmin)

{

dmin = weight[start][i];

k = i;

}

}

System.out.println("k="+k);

//将新选出的顶点标记为已求出最短路径，且到start的最短路径就是dmin

shortPath[k] = dmin;

visited[k] = 1;

//以k为中间点，修正从start到未访问各点的距离

for(int i = 0;i < n;i++)

{ // System.out.println("k="+k);

if(visited[i] == 0 && weight[start][k] + weight[k][i] < weight[start][i]){

weight[start][i] = weight[start][k] + weight[k][i];

path[i]=path[k]+"-->"+i;

}

}

}

for(int i=0;i

System.out.println("从"+start+"出发到"+i+"的最短路pAgQwU径为："+path[i]);

System.out.println("=====================================");

return shortPath;

}

}

path[i]=new String(start+"-->"+i);

int[] visited = new int[n]; //标记当前该顶点的最短路径是否已经求出,1表示已求出

//初始化，第一个顶点求出

shortPath[start] = 0;

visited[start] = 1;

for(int count = 1;count <= n - 1;count++) //要加入n-1个顶点

{

int k = -1; //选出一个距离初始顶点start最近的未标记顶点

int dmin = Integer.MAX_VALUE;

for(int i = 0;i < n;i++)

{

if(visited[i] == 0 && weight[start][i] < dmin)

{

dmin = weight[start][i];

k = i;

}

}

System.out.println("k="+k);

//将新选出的顶点标记为已求出最短路径，且到start的最短路径就是dmin

shortPath[k] = dmin;

visited[k] = 1;

//以k为中间点，修正从start到未访问各点的距离

for(int i = 0;i < n;i++)

{ // System.out.println("k="+k);

if(visited[i] == 0 && weight[start][k] + weight[k][i] < weight[start][i]){

weight[start][i] = weight[start][k] + weight[k][i];

path[i]=path[k]+"-->"+i;

}

}

}

for(int i=0;i

System.out.println("从"+start+"出发到"+i+"的最短路pAgQwU径为："+path[i]);

System.out.println("=====================================");

return shortPath;

}

}

System.out.println("从"+start+"出发到"+i+"的最短路pAgQwU径为："+path[i]);

System.out.println("=====================================");

return shortPath;

}

}

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