小编典典

使用BFS加权图

algorithm

我正在修改单源最短路径算法,在视频中,老师提到 BFS / DFS* 不能直接用于在 加权图中 查找 最短路径
(我想每个人都已经知道这一点),并说出原因你自己。
*

我想知道为什么不能将其用于加权图的确切原因/解释。是由于边缘的重量还是其他原因?有人可以解释一下,因为我感到有些困惑。


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2020-07-28

共1个答案

小编典典

考虑如下图:

A---(3)-----B
|           |
\-(1)-C--(1)/

从A到B的最短路径是通过C(总重量为2)。正常的BFS将直接采用从A到B的路径,如图所示标记为B,从A到C的标记路径为C。

在下一阶段,从C传播,B已标记为可见,因此从C到B的路径将不被视为潜在的较短路径,并且BFS会告诉您从A到B的最短路径具有权重的3。

您可以使用Dijkstra的算法而不是BFS在加权图上找到最短路径。在功能上,该算法与BFS非常相似,并且可以通过与BFS类似的方式编写。唯一改变的是您考虑节点的顺序。

例如,在上图中,从A开始,BFS将处理A-> B,然后处理A-> C,并在那里停止,因为已经看到了所有节点。

另一方面,Dijkstra的算法将如下运行:

  1. 考虑A-> C(因为这是A的最低边缘权重)
  2. 考虑C-> B(因为这是到目前为止我们尚未考虑的任何节点的最低权重边)
  3. 考虑并忽略A-> B,因为已经看到了B。

注意,差异仅在于检查边缘的 顺序 。BFS将考虑单个节点的 所有 边缘,然后再转移到其他节点,而Dijkstra的算法将始终考虑 连接到 _ 迄今为止已看到的所有节点* _的一组边缘中 _权重最小的 未看见 边缘 *_。 听起来令人困惑,但是伪代码非常简单:

create a heap or priority queue
place the starting node in the heap
dist[2...n] = {∞}
dist[1] = 0
while the heap contains items:
   vertex v = top of heap
   pop top of heap
   for each vertex u connected to v:
       if dist[u] > dist[v] + weight of v-->u:
           dist[u] = dist[v] + weight of edge v-->u
           place u on the heap with weight dist[u]

Wikipedia的此GIF可以很好地显示发生的情况:

迪克斯特拉

请注意,这看起来与BFS代码非常相似, 唯一真正的区别是使用堆(而不是常规队列数据结构),该堆按到节点的距离排序

2020-07-28