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我正在尝试实现 Dijkstra 算法,以便获得从一个顶点到另一个顶点的最短且最便宜的路径,而不是所有顶点。该图是使用与随机权重连接的随机节点随机构建的。
但是要么我得到负成本,要么两种方法(最便宜和最短)的路径是相同的。我试图使用相同的方法找到这两个结果,因为最短路径只是忽略权重。这是由 boolean 变量控制的。
Dijkstra - 类别:
public class Dijkstra {
private Graph graph;
private int[] distance;
private boolean[] visited;
private int[] parents;
private int startNode;
private int endNode;
public Dijkstra(Graph graph, int startNode, int endNode) {
this.graph = graph;
distance = new int[graph.getAdjList().length];
visited = new boolean[graph.getAdjList().length];
parents = new int[graph.getAdjList().length];
this.startNode = startNode;
this.endNode = endNode;
}
public void findPath(boolean isUnweighted) {
if (endNode == startNode) {
System.out.println(
"Starting node " + startNode + " and target node " + endNode + " are identical.");
return;
}
System.out.println("Starting node: " + startNode);
System.out.println("Target node: " + endNode);
int[][] adjList = graph.getAdjList();
int[][] graphForPathFinding = new int[adjList.length][adjList.length];
if (isUnweighted) {
// set all weights to 1
graphForPathFinding = convertGraphToUnweighted(graphForPathFinding);
} else
graphForPathFinding = adjList;
// initialize
for (int i = 0; i < adjList.length; i++) {
parents[i] = Integer.MAX_VALUE;
visited[i] = false;
distance[i] = Integer.MAX_VALUE;
}
distance[startNode] = 0;
for (int i = 0; i < graphForPathFinding.length; i++) {
int nextNode = getMinDistance();
if (nextNode == -1) { // no path found
System.out.println(
"No path found between " + startNode + " and " + endNode);
return;
}
visited[nextNode] = true;
parents[i] = nextNode;
if (nextNode == endNode) {
printResults();
return; // target node reached
}
int[] neighbors = graph.getNeighbors(nextNode);
for (int j = 0; j < neighbors.length; j++) {
if (!visited[j] && neighbors[j] > 0 && distance[nextNode] !=
Integer.MAX_VALUE
&& distance[nextNode] + neighbors[j] < distance[j])
distance[j] = distance[nextNode] + neighbors[j];
}
}
}
private int getMinDistance() {
int min = Integer.MAX_VALUE;
int min_index = -1;
for (int i = 0; i < graph.getAdjList().length; i++) {
if (visited[i] == false && distance[i] <= min) {
min = distance[i];
min_index = i;
}
}
return min_index;
}
private int[][] convertGraphToUnweighted(int[][] graphForConverting) {
for (int i = 0; i < graph.getAdjList().length; i++) {
for (int j = 0; j < graph.getAdjList()[i].length; j++) {
//if (graph.getAdjList()[i][j] > 0) {
graphForConverting[i][j] = 1;
// }
}
}
return graphForConverting;
}
private void printResults() {
int weight = 0;
int steps = 0;
System.out.println("Pfad: ");
for(int i = endNode; i>=0; i--){
if(parents[i] < Integer.MAX_VALUE){
System.out.print(parents[i] + " ");
steps++;
weight += graph.getAdjList()[i][parents[i]];
}
}
System.out.println();
System.out.println("Number of nodes: " + steps);
System.out.println("Weight: " + weight);
}
}
图 - getNeighbors 类
public int[] getNeighbors(int node){
int neighborCount = 0;
for(int i = 0; i < adjList[node].length; ++i)
if(adjList[node][i] > 0)
++neighborCount;
int[] neighbours = new int[neighborCount];
neighborCount = 0;
for(int i = 0; i < adjList[node].length; ++i)
if(adjList[node][i] > 0)
neighbours[neighborCount++] = i;
return neighbours;
}
主要方法:
public static void main(String[] args) {
int startNode = rnd.nextInt(graph.getAdjList().length);
int endNode = rnd.nextInt(graph.getAdjList().length);
Dijkstra d = new Dijkstra(graph, startNode, endNode);
System.out.println("Shortest path:");
d.findPath(true); // true = unweighted, false = weighted
System.out.println();
System.out.println("Cheapest path:");
d.findPath(false);
}
最佳答案
好吧,我花了一段时间才弄清楚你的算法被破坏的原因和方式,因为有很多问题:
<强>1。 getMinDistance() 错误
在这种方法中,您尝试找到接下来要访问的最便宜的节点,这是正确的想法,但实现是错误的。首先,您要考虑图中的所有节点,而不仅仅是您当前正在访问的节点的邻居,其次,您使用 distance
数组来查找成本。但其中所有未访问节点的值为 Integer.MAX_VALUE
,因此该方法将始终选择索引最高的节点。
<强>2。您使用了错误的邻接列表
对于最短路径,您将创建原始邻接列表的修改副本,但随后您不会使用它。
<强>3。您修改后的邻接列表错误
创建最短路径的修改副本时,您可以将所有位置的值设置为 1
,而不是有边缘和 Integer.MAX_VALUE
的位置的 1
code> 对于其他所有内容(实际上,在这种情况下您应该使用 -1
并在代码中检查它。否则您的算法会说断开连接的节点之间存在路径)。
<强>4。这不是 Dijkstra
我花了一段时间才发现这一点,因为有时你会得到正确的结果,但这不是 Dijkstra's Algorithm 。为了正确实现它,您需要一个优先级队列或其他一些机制来跟踪距离并获得最小值。您尝试使用“getMinDistance”方法,但这种方法是错误的,因为您考虑了图中的所有节点,而不仅仅是“队列中”的节点。
请参阅下面的代码的固定版本。你应该尝试自己重新实现它,但无论如何我现在已经有了它......
public class Dijkstra {
private static final class DijkstraComparator implements Comparator<Integer> {
private final int[] distance;
DijkstraComparator(int[] distance) {
this.distance = distance;
}
@Override
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
return Integer.compare(distance[o1], distance[o2]);
}
}
private Graph graph;
private int[] distance;
private boolean[] visited;
private int[] parents;
private int startNode;
private int endNode;
public Dijkstra(Graph graph, int startNode, int endNode) {
this.graph = graph;
distance = new int[graph.getAdjList().length];
visited = new boolean[graph.getAdjList().length];
parents = new int[graph.getAdjList().length];
this.startNode = startNode;
this.endNode = endNode;
}
public void findPath(boolean isUnweighted) {
if (endNode == startNode) {
System.out.println("Starting node " + startNode + " and target node " + endNode + " are identical.");
return;
}
int[][] graphForPathFinding;
if (isUnweighted) {
// set all weights to 1
graphForPathFinding = convertGraphToUnweighted();
} else {
graphForPathFinding = graph.getAdjList();
}
// initialize
for (int i = 0; i < parents.length; i++) {
parents[i] = Integer.MAX_VALUE;
visited[i] = false;
distance[i] = Integer.MAX_VALUE;
}
PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<>(1, new DijkstraComparator(distance));
distance[startNode] = 0;
queue.add(startNode);
while (queue.isEmpty() == false) {
int nextNode = queue.poll();
visited[nextNode] = true;
if (nextNode == endNode) {
printResults();
return; // target node reached
}
int[] neighbors = graph.getNeighbors(nextNode);
for (int neighbor : neighbors) {
if (visited[neighbor] == false) {
// update distance
int d = distance[nextNode] + graphForPathFinding[nextNode][neighbor];
if (d < distance[neighbor]) {
distance[neighbor] = d;
parents[neighbor] = nextNode;
// remove neighbors from queue so the value gets updated
if (queue.contains(neighbor)) {
queue.remove(neighbor);
}
queue.add(neighbor);
}
}
}
}
System.out.println("No path found between " + startNode + " and " + endNode);
}
private int[][] convertGraphToUnweighted() {
int[][] adjMatrix = graph.getAdjList();
int[][] graphForConverting = new int[adjMatrix.length][adjMatrix.length];
for (int i = 0; i < adjMatrix.length; i++) {
int[] adjList = adjMatrix[i];
for (int j = 0; j < adjList.length; j++) {
if (adjList[j] != 0) {
graphForConverting[i][j] = 1;
} else {
graphForConverting[i][j] = Integer.MAX_VALUE;
}
}
}
return graphForConverting;
}
private void printResults() {
int weight = 0;
int steps = 0;
System.out.println("Pfad: ");
for (int node = endNode; node != startNode; steps++) {
System.out.print(node + " ");
weight += graph.getAdjList()[parents[node]][node];
node = parents[node];
}
System.out.println(startNode);
System.out.println("Number of nodes: " + steps);
System.out.println("Weight: " + weight);
}
}
关于java - Dijkstra 用于邻接矩阵、最短且最便宜的路径、单一源、单一目标,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/35523518/
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