2012-07-28 12 views
21

Ich habe die drei studiert und meine Schlussfolgerungen von ihnen unten dargelegt. Kann mir jemand sagen, ob ich sie genau genug verstanden habe oder nicht? Vielen Dank.Habe ich Recht bezüglich der Unterschiede zwischen den Algorithmen von Floyd-Warshall, Dijkstra und Bellman-Ford?

  1. Dijkstra-Algorithmus wird nur dann verwendet, wenn Sie eine Hand haben und Sie mögen von einem Knoten zum anderen den kleinsten Weg kennen, aber nicht in Fällen wie this

  2. Floyd-Warshall-Algorithmus verwendet wird, wenn Jeder der Knoten kann eine Quelle sein, dh Sie möchten, dass die kürzeste Entfernung jeden Zielknoten von einem beliebigen Quellknoten erreicht. Dies nicht nur, wenn es negative Zyklen

(dies ist das wichtigste. Ich meine, das ist die, die ich bin wenigstens sicher :)

3.Bellman-Ford benutzt wie Dijkstra, wenn es nur eine Quelle gibt. Dies kann mit negativen Gewichtungen umgehen und seine Arbeit ist die gleiche wie Floyd-Warshall's abgesehen von einer Quelle, richtig?

Wenn Sie einen Blick haben müssen, sind die entsprechenden Algorithmen (mit freundlicher Genehmigung Wikipedia):

Bellman-Ford:

procedure BellmanFord(list vertices, list edges, vertex source) 
    // This implementation takes in a graph, represented as lists of vertices 
    // and edges, and modifies the vertices so that their distance and 
    // predecessor attributes store the shortest paths. 

    // Step 1: initialize graph 
    for each vertex v in vertices: 
     if v is source then v.distance := 0 
     else v.distance := infinity 
     v.predecessor := null 

    // Step 2: relax edges repeatedly 
    for i from 1 to size(vertices)-1: 
     for each edge uv in edges: // uv is the edge from u to v 
      u := uv.source 
      v := uv.destination 
      if u.distance + uv.weight < v.distance: 
       v.distance := u.distance + uv.weight 
       v.predecessor := u 

    // Step 3: check for negative-weight cycles 
    for each edge uv in edges: 
     u := uv.source 
     v := uv.destination 
     if u.distance + uv.weight < v.distance: 
      error "Graph contains a negative-weight cycle" 

Dijkstra:

1 function Dijkstra(Graph, source): 
2  for each vertex v in Graph:        // Initializations 
3   dist[v] := infinity ;         // Unknown distance function from 
4                 // source to v 
5   previous[v] := undefined ;        // Previous node in optimal path 
6                 // from source 
7  
8  dist[source] := 0 ;          // Distance from source to source 
9  Q := the set of all nodes in Graph ;      // All nodes in the graph are 
10                 // unoptimized - thus are in Q 
11  while Q is not empty:          // The main loop 
12   u := vertex in Q with smallest distance in dist[] ; // Start node in first case 
13   if dist[u] = infinity: 
14    break ;           // all remaining vertices are 
15                 // inaccessible from source 
16   
17   remove u from Q ; 
18   for each neighbor v of u:        // where v has not yet been 
19                     removed from Q. 
20    alt := dist[u] + dist_between(u, v) ; 
21    if alt < dist[v]:         // Relax (u,v,a) 
22     dist[v] := alt ; 
23     previous[v] := u ; 
24     decrease-key v in Q;       // Reorder v in the Queue 
25  return dist; 

Floyd-Warshall:

1 /* Assume a function edgeCost(i,j) which returns the cost of the edge from i to j 
2 (infinity if there is none). 
3 Also assume that n is the number of vertices and edgeCost(i,i) = 0 
4 */ 
5 
6 int path[][]; 
7 /* A 2-dimensional matrix. At each step in the algorithm, path[i][j] is the shortest path 
8 from i to j using intermediate vertices (1..k−1). Each path[i][j] is initialized to 
9 edgeCost(i,j). 
10 */ 
11 
12 procedure FloydWarshall() 
13 for k := 1 to n 
14  for i := 1 to n 
15   for j := 1 to n 
16    path[i][j] = min (path[i][j], path[i][k]+path[k][j]); 
+0

Vielleicht ist die Art, wie die Algorithmen in einem Lehrbuch geschrieben werden, es nur für Single-Source verwendet wird aussehen wie Dijkstra macht, aber diese Algorithmen können für mehrere Quellen und mehrere Ziele mit fast keiner Änderung verwendet werden. Bei Dijkstra starten Sie indem Sie Ihren Quellknoten in eine Prioritätswarteschlange mit Abstand = 0 versetzen, wenn Sie mehrere Quellen haben möchten, schieben Sie einfach alle Ihre Quellen mit Distanz = 0 hinein. Alternativ können Sie allen Quellscheitelpunkten einen einzelnen Stützpunkt mit nullwertigen Kanten hinzufügen und diesen Stützpunkt dann als Ihre echte Quelle verwenden. –

+2

Genaues Duplikat von: http://programmers.stackexchange.com/questions/158613/am-i-right-about-the-differences-between-floyd-warshall-dijkstras-and-bellman –

Antwort

19

Sie haben Recht mit den ersten beiden Fragen und mit dem Ziel von Floyd-Warshall (die kürzesten Wege zwischen allen Paaren zu finden), aber nicht mit der Beziehung zwischen Bellman-Ford und Floyd-Warshall: Beide Algorithmen verwenden dynamische Programmierung der kürzeste Pfad, aber FW ist nicht dasselbe wie das Ausführen von BF von jedem Startknoten zu jedem anderen Knoten.

In BF ist die Frage: Was ist der kürzeste Weg von der Quelle zum Ziel mit maximal k Schritten, und die Laufzeit ist O (E V). Wenn wir es zu jedem anderen Knoten führen würden, wäre die Laufzeit O (E V^2).

In FW ist die Frage: Was ist der kürzeste Weg von i nach j durch k, für alle Knoten i, j, k. Dies führt zu O (V^3) Laufzeit - besser als BF für jeden Startknoten (um einen Faktor von bis zu | V | für dichte Graphen).

Noch ein Hinweis auf negative Zyklen/Gewichte: Dijkstra kann einfach nicht die richtigen Ergebnisse geben. BF und FW werden nicht fehlschlagen - sie geben korrekt an, dass es keinen Mindestgewichtsweg gibt, da das negative Gewicht unbegrenzt ist.

+1

Die für BF und FW sind korrekt, aber die Beschreibung von ihnen ist umgekehrt. Bei jeder Stufe von FW werden alle Knoten zwischen 1 und k als der "Durchgangs" -Knoten betrachtet. Während in BF das k die Anzahl der Kanten k darstellt, die benötigt werden, um von i nach j zu gelangen, nicht umgekehrt. –

8

Einzelquelle kürzeste Pfade:

Dijkstra-Algorithmus - kein negatives Gewicht erlaubt - O (E + Vlg (V))

Bellman-Ford-Algorithmus - negatives Gewicht erlaubt.Aber wenn ein negativer Zyklus vorhanden Bellman ford ist die -ve-Zyklus erkennen - O (VE)

gerichteten azyklischen Graphen - wie Name schon sagt es nur für DAG arbeitet - O (V + E)

Alle Paare kürzeste Wege:

Dijkstra-Algorithmus - kein negatives Gewicht erlaubt - O (VE + V^2LG (V))

Bellman-Ford-Algorithmus - O (V^2E)

Matrix Kettenmultiplikationsverfahren -complexity gleichen als Bellman Ford Algorithmus

Floyd Warshall-Algorithmus -Verwendet dynamische Programmierverfahren - Komplexität ist O (V^3)