算法描述:
给定一个图和一个起点,找出该起点到图中其他各顶点的最短路径。Dijkstra算法是一种贪心算法。
Dijkstra算法和Prim算法非常相似。我们可以生成一棵以起点为根的最短路径树(shortest path tree)。然后我们维护2个集合:一个集合是最短路径树中的所有顶点(假设为A);另一个集合是其他顶点(假设为B)。
通过迭代,每次在B中找一个到起点距离最短的顶点,加入到A中;当B为空集时,算法结束。
下面是具体的算法:
(1) 创建一个sptSet (最短路径树集合),初始化该集合为空集。
(2) 给图中所有顶点赋值一个距离,初始化起点为0,其他顶点为INFINITE(无穷大∞)
(3)只要sptSet没有包含所有顶点:
a)从B中选一个顶点u, u的距离值最小。
b)将u加入sptSet.
c)更新u的邻接顶点的距离值,对于每一个邻接顶点v, 如果u的距离值加上边u-v的权值小于v的距离值,那么就更新v的距离值。(更新为u的距离值加上u-v的权值)
来看一个具体的例子:
选取顶点0为起始点。sptSet现在是空集,各顶点的距离值分别是{0, ∞, ∞, ∞, ∞, ∞, ∞, ∞}
顶点0加入到sptSet集合中,sptSet为{0},然后更新顶点0的邻接顶点1和7,此时1的距离值为4, 7的距离值为8。
sptSet中的顶点显示为绿色:(∞的顶点未予显示)
选取距离值最小但不在sptSet集合中的顶点,因为1的距离值最小,所以将1加入sptSet中,现在sptSet变为{0, 1}。更新1的邻接顶点的距离值:2的距离值变为4+8=12
现在继续选取距离值最小但不在sptSet集合中的顶点,此时7为最小,所以选取7,sptSet变为{0, 1, 7}。接着更新7的邻接顶点:6的距离值变为8+1=9,8的距离值变为8+7=15
现在选取顶点6,sptSet变为{0, 1, 7, 6}。接着更新6的邻接顶点:5的距离值变为9+2=11,8的距离值为9+6=15
现在选取顶点5,sptSet变为{0, 1, 7, 6, 5},更新5的邻接顶点:2为11+4=15>12故不更新,3为11+14=25,4为11+10=21
现在选取顶点2,sptSet变为{0, 1, 7, 6, 5, 2},更新2的邻接顶点:3为12+7=19\<25 故更新3的距离值为19,8为12+2=14\<15 故更新8的距离值为14,5为12+4="16">11故不更新。
现在选取顶点8,sptSet变为{0, 1, 7, 6, 5, 2, 8},8的邻接顶点:2, 7, 6不用更新。
现在选取顶点3,sptSet变为{0, 1, 7, 6, 5, 2, 8, 3},3的邻接顶点2, 5, 4不用更新。
最后选取顶点4,sptSet变为{0, 1, 7, 6, 5, 2, 8, 3, 4},此时已经包含图中所有顶点,故为最终结果。
C语言实现:
我们使用一个boolean数组sptSet[]表示SPT中的顶点,如果stpSet[v]=true, 则顶点v在SPT中。数组dist[]存贮所有顶点的最短路径值。
1 | // A C / C++ program for Dijkstra's single source shortest path algorithm. |
输出:
1 | Vertex Distance from Source |
时间复杂度是\( O(V^2)\),Dijkstra算法不适用于带负权值的图。