最短路问题(spfa)

Posted 2020-10-27 努力的程序媛

自己是真的笨

整整用了10个小时才吃透这个BF的两种优化

题目如下:

问题描述
给定一个n个顶点，m条边的有向图（其中某些边权可能为负，但保证没有负环）。请你计算从1号点到其他点的最短路（顶点从1到n编号）。

输入格式
第一行两个整数n, m。

接下来的m行，每行有三个整数u, v, l，表示u到v有一条长度为l的边。

输出格式
共n-1行，第i行表示1号点到i+1号点的最短路。
样例输入
3 3
1 2 -1
2 3 -1
3 1 2
样例输出
-1
-2
数据规模与约定
对于10%的数据，n = 2，m = 2。

对于30%的数据，n <= 5，m <= 10。

对于100%的数据，1 <= n <= 20000，1 <= m <= 200000，-10000 <= l <= 10000，保证从任意顶点都能到达其他所有顶点。

 

很简单的题,就是测试数据n居然有20000;

那么需要考虑的问题就有两个了,一是时间复杂度,二是空间复杂度

一开始上手我用的是floyd

代码如下:

#include <iostream>
#define max 2001
#define inf 99999
using namespace std;
int a[max][max]={0}; //邻接矩阵储存图的信息
int main()
{
    int m,n,u,v,l;
    cin>>n>>m;
    for(int i=1;i<=n;i++)
        for(int j=1;j<=n;j++)
              a[i][j]=inf;
    for(int i=1;i<=m;i++)
    {
        cin>>u>>v>>l;
        a[u][v]=l;
    }
    for(int k=1;k<=n;k++)  //floyd主体
        for(int i=1;i<=n;i++)
            for(int j=1;j<=n;j++)
                if(a[i][j]>a[i][k]+a[k][j])
                   a[i][j]=a[i][k]+a[k][j];
     for(int i=2;i<=n;i++)
         cout<<a[1][i]<<endl;
    return 0;
}

过了50%的数据,意料之中,两个问题都犯了

o(n^3)的时间复杂度 20000是不可能的

二维数组开到20000也是不可能的,内存超出限制,oj显示编译错误

然后我用了BF,用了一个结构体数组来储存点与点之间的路径

class road{
    public:
        int start;   //起始点
        int target;  //终点
        int distance;//距离
};
road roadque[max];

n个点需要n-1遍 每遍枚举每一条边  时间复杂度o(nm)

for(int k=1;k<=n-1;k++)           //进行n-1次松弛 
     for(int i=1;i<=m;i++)           //枚举每一条边 
        if(dis[roadque[i].target]>dis[roadque[i].start]+dis[roadque[i].distance])//尝试松弛每一条边
            dis[roadque[i].target]=dis[roadque[i].start]+dis[roadque[i].distance];

按题中的数据的话是40亿次运算,emmmmm,TLE,GG 

然后我去学了SPFA

队列优化了一遍,代码如下:

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <queue>
using namespace std;

const int N = 20001;       
const int INF = 99999999;//理解成正无穷

int map[N][N], dist[N]; //map邻接矩阵,dis当前点到其他点的距离数组
bool book[N]; //判断是否已经在队列中
int n, m;

void init()
{//初始化
    int i, j;
    for (i = 1; i <= N; i++)
        for (j = 1; j <= N; j++)
        {
            if (i == j)
                map[i][j] = 0;
            else
                map[i][j] = INF;
        }
}

void spfa(int start)
{
    queue<int> Q;
    int i, now;
    memset(book, false, sizeof(book));
    for (i = 1; i <= n; i++)
        dist[i] = INF;
    dist[start] = 0; //到自己的距离为0
    Q.push(start);  //把自己加入到队列中
    book[start] = true;//不可以入队
    while (!Q.empty()) 
    {
        now = Q.front();
        Q.pop();
        book[now] = false;
        for (i = 1; i <= n; i++)
            if (dist[i] > dist[now] + map[now][i])
            {
                dist[i] = dist[now] + map[now][i];
                if (book[i] == 0)
                {
                    Q.push(i); //如果松弛成功且当前点不在队列中,则加入到队列中
                    book[i] = true;//置为不可以入队状态
                }
            }
    }
}

int main()
{
    scanf("%d%d", &n, &m);
    init();
    for (int i = 0; i < m; i++)
    {
        int a, b, c;
        scanf("%d%d%d", &a, &b, &c);
        if (map[a][b] > c)
            map[a][b] = c;
    }

    spfa(1);
    for (int i = 1; i <= n; i++)
        cout << dist[i] << endl;

    return 0;
}

时间复杂度看西交大的论文里说大概是o(km) k一般为1-2

emmmmmm,1-2吗?我信了你的邪,这个图m有20w 

平均一下20w/2w 差不多每个点进去10次吧 k≈10

吐血  不过还好,不是最坏的时间复杂度

嗯,那么到这里超时的问题就解决了

但是!

邻接矩阵要开到2w明显不可能

所以又一次编译错误,

然后我去学了邻接表

数组方法的邻接表太巧妙了,老实人用不了,溜了

这里使用stl里的list来实现邻接表

对于这样的数据

4 5

1 4 9

4 3 8

1 2 5

2 4 6

1 3 7

这是示意图

#include <iostream>
#include <list>
#include <queue>
#include <cstring>
#define max 20001
const int inf = 1<<29; 
int sfpa(int v0);
using namespace std;
class road {
public:
    int target;
    int distance;
};

list<road> roadlist[max]; //邻接表
int dis[max]; //距离数组
int n, m;
int main()
{
    cin >> n >> m;
    int a, b, c;
    for (int i = 0; i<m; i++)//录入邻接表
    {
        cin >> a >> b >> c;
        road ex;
        ex.target = b;
        ex.distance = c;
        roadlist[a].push_front(ex);
    }
    sfpa(1);
    for (int i = 2; i <= n; i++)
        cout << dis[i] << endl;
    return 0;
}
int sfpa(int v0)
{
    queue<int> que;
    int book[max]; //判断是否在队列中
    memset(book, 0, sizeof(book));
    for (int i = 1; i <= n; i++)//初始化
        dis[i] = inf;
    dis[v0] = 0;
    que.push(v0);
    book[v0] = 1;
    while (!que.empty())
    {
        int now = que.front();
        que.pop();
        book[now] = 0;
        list<road>::iterator it = roadlist[now].begin();
        for (it; it != roadlist[now].end(); it++)//遍历领接表
        {
            if (dis[it->target] > dis[now] + (it->distance))
            {
                dis[it->target] = dis[now] + (it->distance);//更新距离
                if (book[it->target] == 0)//如果松弛成功且不在队列中,则把该点加入队列
                {
                    que.push(it->target);
                    book[it->target] = 1;
                }
            }
        }
    }
    return 0;
}

 需要注意的是,只有松弛成功才允许把点加到队列中

到了这里终于ac了

= =呼

不知道为啥,用spfa总觉得不安心

dijkstra又解决不了负权边

希望蓝桥杯没有卡spfa的题

卡spfa真的丧心病狂!