JAVA—咖啡館

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          這里使用的是Dijkstra來計算最短路徑。事實上Dijkstra完成時,指定節點到所有節點的最小路徑均已求出。

          算法簡述如下:

          準備好兩個輔助性數據結構:

          1 ParentLength : 用來記錄到當前節點之前的父節點,與到當前節點的最小路徑

          2 Path: 記錄指定節點到所有節點的ParentLength。初始化時,所有的ParentLength的父節點都為指定的起始節點,長度都是INFINITY,代表沒有聯通,距離無窮大。

          Path的關鍵算法是adjust(from,to,length),每當發現一條新的,從一個已訪問的節點(from)到未訪問的節點(to)之間的新路徑時,Path則用其更新ParentLength列表,重新計算到那個未訪問節點(to)的最新距離:以前到from節點的距離+新的距離,然后比較它與to節點對應的ParentLength老的距離之間的長度,如果新距離短,則將to節點對應的ParentLength更新為長度為新距離的,父節點為from;以此步驟保證Path總是保持當前遍歷狀態下,到各個節點的最短路徑。

          Path的另一個關鍵算法是getMin,它會返回到所有未訪問節點中,最短的路徑的那個節點。

          圖使用鄰接矩陣法表示,關于鄰接矩陣可參見:Graph 圖-鄰接表法

          Graph.path是最小路徑算法,工作方式如下:

              根據指定的起始節點初始化返回值Path對象。

          將指定的起始節點標志為已訪問。并設置為當前節點。

          然后

          1 找到當前節點所有聯通的未知節點,和到這些路徑長度,調用Path.adjust更新Path。

          2 步驟 1 結束后,從調用Path.getMin獲得到所有未訪問節點中,最短的路徑的那個節點。標志為訪問過,并作為當前節點。

          3 重復 步驟 1 步驟 2 n次(n為圖中的節點數量),算法結束。

          代碼中的Path.print()為打印函數,為測試之用。

          Path.main()提供簡單測試。

            1class ParentLength {    //記載上一個節點與當前最小路徑
            2    private int parent;        //上一個節點
            3    private int length;        //最小路徑長度
            4    ParentLength(int parent, int length) {
            5        this.parent = parent;
            6        this.length = length;
            7    }

            8
            9    int parent() {    return parent; }
           10    int length() {    return length; }
           11}

           12
           13class Path {    //存儲最小路徑
           14    private ParentLength[] pls;
           15    private Graph g;    //確定指定位置的節點是否被訪問過和打印時使用
           16    Path(int size, int start, Graph g) 
           17        //初始化最小路徑數組,將所有最小路徑的起點都置為start,并將路徑長度置為INFINITY
           18        pls = new ParentLength[size];    
           19        for(int i=0; i<size; i++
           20            pls[i] = new ParentLength(start,Graph.INFINITY);
           21        this.g = g;
           22    }

           23    
           24    //根據新發現的路徑調整最小路徑
           25    void adjust(int from, int to, int length) {
           26        //根據上一個節點的路徑,計算出新的路徑長度
           27        int newLength = pls[from].length() != Graph.INFINITY? 
           28            pls[from].length() + length: length;
           29        //如果到指定節點的新路徑長度小于原來的最小路徑,則更新到該節點的最小路徑,和其父節點
           30        if(newLength < pls[to].length()) pls[to] = new ParentLength(from,newLength);
           31    }

           32
           33    int getMin() {    //求得到當前所有未訪問節點的最近的一個節點
           34        int pos = 0;
           35        for(int i=1; i<pls.length; i++)
           36            if(!g.isVisited(i) && pls[i].length() < pls[pos].length()) pos = i;
           37        return pos;
           38    }

           39
           40    void print() {    //打印
           41        for(int i=0; i<pls.length; i++{
           42            int current = i;    
           43            System.out.print((pls[current].length() == Graph.INFINITY? "INFINITY": pls[current].length()) + "  " );
           44            do {
           45                System.out.print(g.get(current) + " <-- ");
           46                current = pls[current].parent();    
           47            }
           while(current != pls[current].parent());
           48            System.out.println(g.get(current));
           49        }

           50    }

           51}

           52
           53class Vertex //頂點,記載數據value,并記載是否訪問過
           54    private Object value;
           55    private boolean isVisited;
           56    Vertex(Object value) {
           57        this.value = value;
           58    }

           59
           60    void visit() { isVisited = true; }
           61    void clean() {    isVisited = false; }
           62    boolean isVisited() return isVisited; }
           63    Object value() return value; }
           64    @Override public String toString() {    return "" + value; }
           65}

           66
           67class Graph {
           68    private Vertex[] vertexs;
           69    private int[][] adjMat;
           70    private int length = 0;
           71    static final int INFINITY = ~(1<<31);    //整數的最大值,表示沒有路徑
           72
           73    Graph(int size) {    //初始化
           74        vertexs = new Vertex[size];
           75        adjMat = new int[size][size];
           76        for(int i=0; i<size; i++)    //將鄰接矩陣初始化為全部不通
           77            for(int j=0; j<size; j++)
           78                adjMat[i][j] = INFINITY;
           79    }

           80
           81    void add(Object value) {    //添加頂點
           82        assert length <= vertexs.length;
           83        vertexs[length++= new Vertex(value);
           84    }

           85
           86    void connect(int from, int to, int length) {
           87        adjMat[from][to] = length;    //設置指定節點之間的有向路徑
           88    }

           89
           90    /**
           91     * 在鄰接矩陣中,查找指定頂點的未訪問過鄰居頂點
           92     * 如果從從起點到終點的邊存在,且沒有標志為訪問,則返回終點下標。
           93     * @param offset 指定開始查找的列
           94     * @param index    指定查找的行
           95     */

           96    int findNeighbor(int index,int offset) {
           97        for(int i=offset; i<length; i++{
           98            if(adjMat[index][i] != INFINITY && !vertexs[i].isVisited()) return i;
           99        }

          100        return -1;
          101    }

          102
          103    Vertex get(int index) {    return vertexs[index];    }
          104
          105    Path path(int index) {    //最小路徑算法
          106        assert vertexs[index] != null;
          107        Path result = new Path(length,index,this); //初始化Path
          108        vertexs[index].visit();    //將其實節點標志為訪問過
          109        for(int n=1; n<length; n++{    //一共經過n此迭代就可得到最終結果
          110            int i = 0;
          111            while((i = findNeighbor(index,i+1)) != -1)    //尋找當前節點的所有為訪問鄰居
          112                result.adjust(index, i, adjMat[index][i]);    //根據新路線調整最小路徑
          113            index = result.getMin();    //將當前節點更新為路徑表中為訪問的最近的那個節點
          114            vertexs[index].visit();    //將當前節點標志為訪問過;
          115        }

          116        clean();
          117        return result;
          118    }

          119
          120    boolean isVisited(int index) return vertexs[index].isVisited(); }
          121
          122    void clean() for(Vertex v: vertexs) if(v != null)v.clean(); }
          123
          124    public static void main(String[] args) {
          125        Graph g = new Graph(20);
          126        //添加節點
          127        g.add('a');
          128        g.add('b');
          129        g.add('c');
          130        g.add('d');
          131        g.add('e');
          132        //添加有向有權邊
          133        g.connect(0,1,50);
          134        g.connect(0,3,80);
          135        g.connect(1,2,60);
          136        g.connect(1,3,90);
          137        g.connect(2,4,40);
          138        g.connect(3,2,20);
          139        g.connect(3,4,70);
          140        g.connect(4,1,50);
          141        Path p = g.path(0);    //獲得最小路徑
          142        p.print();    //打印
          143    }

          144}
          posted on 2008-05-28 15:39 rogerfan 閱讀(886) 評論(0)  編輯  收藏 所屬分類: 【JAVA算法】
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