搜索与图论——bellman—ford算法、spfa算法求最短路

时间：2024-03-30 19:08:41

bellman-ford算法 时间复杂度O(nm)

在一般情况下，spfa算法都优于bf算法，但遇到最短路的边数有限制的题时，只能用bf算法

bf算法和dijkstra很像

#include<iostream>
#include<queue>
#include<cstring>
#include<algorithm>

using namespace std;

const int N = 510,M = 10010;

int n,m,k;
int dist[N],backup[N]; //backup备份数组

struct Edge{
    int a,b,w;
}Edge[M]; //存所有边

int bellman_ford(){
    memset(dist,0x3f,sizeof dist);
    dist[1] = 0;
    for(int i = 0;i < k;i ++ ){
        memcpy(backup,dist,sizeof dist); //备份dist，不会出现串联情况
        for(int j = 0;j < m;j ++ ){
            int a = Edge[j].a,b = Edge[j].b,w = Edge[j].w;
            dist[b] = min(dist[b],backup[a] + w);
        }
    }
    if(dist[n] > 0x3f3f3f3f / 2) return 0;
    else return dist[n];
}

int main(){
    cin >> n >> m >> k;
    for(int i = 0;i < m;i ++ ){
        int a,b,w;
        cin >> a >> b >> w;
        Edge[i] = {a,b,w};
    }
    int t = bellman_ford();
    if(!t) cout << "impossible" << endl;
    else cout << t << endl;
    return 0;
}

spfa算法 时间复杂度一般O(m), 最坏O(nm)

基本上单源最短路都可以用spfa来解决

spfa的核心优化思路是：拿我更新过的点来更新别人。一个点如果没有被更新过的话，拿它来更新别人一定是没有效果的，只有该点变小了，该点后面的点才会变小

spfa代码和堆优化dijkstra特别像

spfa算法求最短路

#include<iostream>
#include<queue>
#include<cstring>
#include<algorithm>

using namespace std;

typedef pair<int,int> PII;

const int N = 150010;

int n,m;
int h[N],w[N],e[N],ne[N],idx;
int dist[N];
bool vis[N];

int add(int a,int b,int c){
    e[idx] = b,w[idx] = c,ne[idx] = h[a],h[a] = idx,idx ++ ;
}

int spfa(){
    memset(dist,0x3f,sizeof dist);
    dist[1] = 0;
    queue<int> q; //队列里存的是变小的a
    q.push(1);
    vis[1] = true;
    while(q.size()){
        int t = q.front();
        q.pop();
        vis[t] = false;
        for(int i = h[t];i != -1;i = ne[i]){
            int j = e[i];
            if(dist[j] > dist[t] + w[i]){
                dist[j] = dist[t] + w[i];
                if(!vis[j]){
                    q.push(j);
                    vis[j] = true;
                }
            }
        }
    }
    if (dist[n] == 0x3f3f3f3f) return 0;
    return dist[n];
}

int main(){
    cin >> n >> m;
    memset(h,-1,sizeof h);
    while(m -- ){
        int x,y,z;
        cin >> x >> y >> z;
        add(x,y,z);
    }
    int t = spfa();
    if(!t) cout << "impossible" << endl;
    else cout << t << endl;
    return 0;
}

spfa算法求负环

spfa算法可以求出负环用的是抽屉原理，即把多于n+1个的物体放到n个抽屉里，则至少有一个抽屉里的东西不少于两件。

代码在spfa求最短路的模板上稍加改动即可

#include<iostream>
#include<queue>
#include<cstring>
#include<algorithm>

using namespace std;

typedef pair<int,int> PII;

const int N = 150010;

int n,m;
int h[N],w[N],e[N],ne[N],idx;
int dist[N],cnt[N];
bool vis[N];

int add(int a,int b,int c){
    e[idx] = b,w[idx] = c,ne[idx] = h[a],h[a] = idx,idx ++ ;
}

bool spfa(){
    queue<int> q;
    for(int i = 1;i <= n;i ++ ){ //由于存在的负环1号点可能走不到，所以要把每一个点都推进队列
        vis[i] = true;
        q.push(i);
    }
    vis[1] = true;
    while(q.size()){
        int t = q.front();
        q.pop();
        vis[t] = false;
        for(int i = h[t];i != -1;i = ne[i]){
            int j = e[i];
            if(dist[j] > dist[t] + w[i]){
                dist[j] = dist[t] + w[i];
                cnt[j] = cnt[t] + 1; //最重要的一步，如果j被更新了最短路，那么意味着j点的cnt是前一个点t+1条边达到的
                if(cnt[j] >= n) return true;
                if(!vis[j]){
                    q.push(j);
                    vis[j] = true;
                }
            }
        }
    }
    return false;
}

int main(){
    cin >> n >> m;
    memset(h,-1,sizeof h);
    while(m -- ){
        int x,y,z;
        cin >> x >> y >> z;
        add(x,y,z);
    }
    if(spfa()) cout << "Yes" << endl;
    else cout << "No" << endl;
    return 0;
}

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