算法与Python

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9.2 Floyd算法><

什么是Floyd算法- 9.2.1 -

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:

  1. 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。

  2. 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。

  3. 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。

算法实现- 9.2.2 -

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。