dijkstra算法

  Dijkstra算法是用于计算图中单源最短路径的经典算法，其核心思想是贪心算法，通过不断选择当前距离源点最近的节点，更新源点到其他节点的距离，直到所有节点都被访问过。

算法步骤

• 初始化：
  • 设源点为 s，定义一个数组 dist[] 来存储从源点 s 到各个顶点的最短距离，初始时，源点 s 到自身的距离 dist[s] = 0，到其他顶点的距离设为无穷大（通常用一个很大的数表示）。
  • 定义一个集合 S 来存储已经找到最短路径的顶点，初始时 S 为空。
• 迭代过程：
  • 从不在集合 S 中的顶点中，选择一个距离源点 s 最近的顶点 u，将其加入集合 S。
  • 对于顶点 u 的所有邻接顶点 v，更新 dist[v] 的值。如果通过顶点 u 到达顶点 v 的距离（即 dist[u] + 边(u, v)的权重）小于当前 dist[v] 的值，那么更新 dist[v] 为这个更小的值。

重复上述步骤，直到集合 S 包含了图中的所有顶点。

  首先我们看下面这个例子：求a点到其他点的最短距离

1. 初始化：将源点a的距离设为0，其他点的距离设为无穷大，并将源点a加入集合S中: \(dist = \{a:0, b:\infty, c:\infty, d:\infty, e:\infty, f:\infty\}\)， \(S = \{\}\)。
2. 迭代过程：
   • 选择距离源点 s 最近的顶点 a，将其加入集合 S， \(S = \{a\}\)。对于a的邻接点b, c，更新它们的距离：\(dist = \{a:0, b:2, c:5, d:\infty, e:\infty, f:\infty\}\)。
   • 选择距离源点 s 最近的顶点 b，将其加入集合 S， \(S = \{a, b\}\)。对于b的邻接点c, d，更新它们的距离：\(dist = \{a:0, b:2, c:3, d:5, e:\infty, f:\infty\}\)。
   • 选择距离源点 s 最近的顶点 c，将其加入集合 S， \(S = \{a, b, c\}\)。对于c的邻接点d, e, f，更新它们的距离：\(dist = \{a:0, b:2, c:3, d:5, e:7, f:4\}\)。
   • 选择距离源点 s 最近的顶点 f，将其加入集合 S， \(S = \{a, b, c, f\}\)。对于d的邻接点e, f，更新它们的距离：\(dist = \{a:0, b:2, c:3, d:5, e:7, f:4\}\)。
   • 选择距离源点 s 最近的顶点 d，将其加入集合 S， \(S = \{a, b, c, f, d\}\)。对于d的邻接点e, f，更新它们的距离：\(dist = \{a:0, b:2, c:3, d:5, e:6, f:4\}\)。
   • 至此，所有顶点都已加入集合 S，算法结束。最终得到的 \(dist = \{a:0, b:2, c:3, d:5, e:6, f:4\}\) 即为从源点 a 到其他各点的最短距离。

def dijkstra(graph, start):
    # 初始化距离数组，将源点到自身的距离设为0，其他点设为无穷大
    dist = {vertex: float('inf') for vertex in graph}
    dist[start] = 0

    # 初始化已访问节点集合
    visited = set()

    while len(visited) < len(graph):
        # 选择当前距离源点最近的未访问节点
        current = min((d, v) for v, d in dist.items() if v not in visited)[1]
        visited.add(current)
        # 更新当前节点的邻接节点的距离
        for neighbor, weight in graph[current].items():
            if neighbor not in visited:
                new_dist = dist[current] + weight
                if new_dist < dist[neighbor]:
                    dist[neighbor] = new_dist

    return dist

时间复杂度

Dijkstra算法的时间复杂度取决于图的表示方式和算法的实现方式。在邻接矩阵表示下，Dijkstra算法的时间复杂度为 \(O(V^2)\)，其中 V 是图中顶点的数量。在邻接表表示下，Dijkstra算法的时间复杂度为 \(O((V+E)logV)\)，其中 E 是图中边的数量。