k短路算法

Posted 2021-03-12 stungyep

k短路算法

求解k短路用到了A* 算法，A* ( A star )算法，又称启发式搜索算法，与之相对的，dfs与bfs都成为盲目型搜索；即为带有估价函数的优先队列BFS称为A*算法。

该算法的核心思想为设计一个估价函数，估价函数需要满足下面几个准则：

1：设当前状态state到目标状态所需的估计值为(f(state))。

2：在未来的搜索中，实际求出的从当前状态state到目标状态的最小代价为(g(state))。

3：对于任意的(state)，应该有(f(state)<=g(state))。

之后每次取出“当前代价+未来估价最小的状态，最终更新到目标状态上，就能得到最优解。

A*算法的应用非常广，被广泛应用于最优路径求解和一些策略设计问题中。

首先跑一下Dijkstra或者SPFA反向求一下终点到各个点的最短路，然后A*求出k短路，上代码：

#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<queue>

using namespace std;
const int maxn=1e5+10;
const int inf=0x3f3f3f3f; 
int head[maxn],head1[maxn],tot,tot1;
int n,m,s,t,k,dis[maxn]; 
struct Edge{
    int nex,to,val;
}edge[maxn],edge1[maxn];
struct  node{
    int to,f,g;                 //估价函数和实际代价
    friend bool operator <(const node& a,const node& b){
        if(a.f==b.f)    return a.g>b.g;
        return a.f>b.f;
    }
}now,temp;
bool vis[maxn];
void add(int from,int to,int val)
{
    edge[++tot].to=to;
    edge[tot].val=val;
    edge[tot].nex=head[from];
    head[from]=tot;
}
void add1(int from,int to,int val)
{
    edge1[++tot1].to=to;
    edge1[tot1].val=val;
    edge1[tot1].nex=head1[from];
    head1[from]=tot1;
}
queue<int> q;
bool spfa(int s)
{
    for(int i=1;i<=n;++i){
        dis[i]=inf;
        vis[i]=false;
    }
    vis[s]=1;
    dis[s]=0;
    while(!q.empty())   q.pop();
    q.push(s);
    while(!q.empty())
    {
        int u=q.front();
        q.pop();
        vis[u] = 0;
        for(int i=head1[u];i!=-1;i=edge1[i].nex){
            int v=edge1[i].to;
            if(dis[v]>dis[u]+edge[i].val){
                dis[v]=dis[u]+edge[i].val;
                if(vis[v])  continue;
                vis[v] = 1;
                q.push(v);
            }
        }
    }
    return true;
}
priority_queue<node> que;
int A_star()
{
    int cnt=0;
    while(!que.empty()) que.pop();
    if(!spfa(t)||dis[s]==inf)   return -1;
    if(s==t)    ++k;            //起点跟终点相同,不能算dis=0这一条
    now.to=s; 
    now.g=0;
    now.f=now.g+dis[now.to];
    que.push(now);
    while(!que.empty()){
        now = que.top();
        que.pop();
        if(now.to==t)   cnt++;
        if(cnt==k)  return now.g;
        for(int i=head[now.to];i!=-1;i=edge[i].nex){
            temp.to=edge[i].to; 
            temp.g=now.g+edge[i].val;
            temp.f=temp.g+dis[temp.to];
            que.push(temp);
        }
    }
    return -1;
}
 
int main()
{
    while(scanf("%d %d",&n,&m)==2)
    {
        for(int i=1;i<=n;++i){
            head[i]=head1[i]=-1;
        }
        tot=tot1=0;
        for(int i=1;i<=m;++i){
            int a,b,val;
            scanf("%d %d %d",&a,&b,&val);
            add(a,b,val);
            add1(b,a,val);
        }
        scanf("%d %d %d",&s,&t,&k);
        printf("%d
",A_star());
    }
}