算法与Python 知识量:10 - 40 - 100
Floyd算法(也称为Floyd-Warshall算法)是一种动态规划算法,用于查找给定加权图中所有顶点之间的最短路径。与Dijkstra算法不同,Floyd算法可以处理带有负权重的边,但需要注意的是,Floyd算法不能处理负权重的环。
Floyd算法的基本思想是通过逐步构建最短路径来找到最短路径。它使用一个二维数组dist[][]来存储从源顶点到其他顶点的最短距离。在算法的每一步中,它都会更新dist[][]数组的值,直到该数组中的所有值都达到稳定状态,即没有需要进一步更新的值。
算法的具体步骤如下:
初始化:将所有距离设置为无穷大,除了源顶点到自身的距离为0。
对于每个顶点k(除了源顶点),在dist[i][k]和dist[k][i]中找出较小的值,并更新dist[i][j]和dist[j][i]为该较小值,其中i和j是任意两个顶点。
重复步骤2,直到所有顶点都被考虑过或者没有更新发生。
需要注意的是,Floyd算法的时间复杂度为O(n^3),其中n是顶点的数量。这是因为Floyd算法需要遍历所有顶点对来更新最短路径。
此外,Floyd算法还可以用于解决其他问题,例如最大流问题、旅行商问题等。在应用中,需要根据具体问题对算法进行适当的修改和调整。
以下是一个Python实现Floyd算法的示例代码:
def floyd_algorithm(graph): # 获取顶点数量 num_vertices = len(graph) # 初始化距离矩阵,将所有距离设置为无穷大,除了源顶点到自身的距离为0 dist_matrix = [[float('inf')] * num_vertices for _ in range(num_vertices)] for i in range(num_vertices): dist_matrix[i][i] = 0 # 遍历每条边,更新距离矩阵 for u in range(num_vertices): for v in range(num_vertices): dist_matrix[u][v] = min(dist_matrix[u][v], graph[u][v]) # 再次遍历每个顶点,更新经过其他顶点的最短路径 for k in range(num_vertices): for u in range(num_vertices): for v in range(num_vertices): dist_matrix[u][v] = min(dist_matrix[u][v], dist_matrix[u][k] + dist_matrix[k][v]) return dist_matrix
其中,graph是一个字典,表示图的拓扑结构。字典的键表示顶点,值表示与该顶点相邻的顶点及其权重的字典。例如,对于有向图{'A': {'B': 1, 'C': 3}, 'B': {'A': 1, 'C': 2}, 'C': {'A': 3, 'B': 2}},表示从A到B的距离为1,从A到C的距离为3,从B到A的距离为1,从B到C的距离为2,从C到A的距离为3,从C到B的距离为2。函数返回一个二维数组dist_matrix,表示从每个顶点到其他顶点的最短路径长度。
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From 2017.2.6