弗洛伊德算法介绍

  • 和Dijkstra算法一样,弗洛伊德(Floyd)算法也是一种用于寻找给定的加权图中顶点间最短路径的算法。该算法名称以创始人之一、1978年图灵奖获得者、斯坦福大学计算机科学系教授罗伯特·弗洛伊德命名
  • 弗洛伊德算法(Floyd)计算图中各个顶点之间的最短路径
  • 迪杰斯特拉算法用于计算图中某一个顶点到其他顶点的最短路径。
  • 弗洛伊德算法 VS 迪杰斯特拉算法:迪杰斯特拉算法通过选定的被访问顶点,求出从出发访问顶点到其他顶点的最短路径;弗洛伊德算法中每一个顶点都是出发访问点,所以需要将每一个顶点看做被访问顶点,求出从每一个顶点到其他顶点的最短路径


问题描述

算出下图各个顶点之间的最短路径

弗洛伊德(Floyd)算法 - 图1

弗洛伊德算法的思想

  1. 弄一个二维数组,作为距离表,如下图。例如B-A的距离为5,A-D的距离为N表示不连通,N用一个很大的权值表示

image.png

  1. 遍历顶点,每一个点都作为一个中间顶点,第一次遍历,中间顶点为A

可以得到这些路径

CAB=CA+AB=7+5=12 CAG=CA+AG=7+2=9 BAG=BA+AG=5+2=7

  1. 中间点有了,又遍历全部点作为起始点(2的例子第一个C作为起点),再遍历全部点作为终点(2的例子第一个B作为终点)
  2. 三层循环
  3. 最终比较起点到中点+中点到终点的距离是否大于起点直接到终点的距离,哪个更小,就是的当前的最短路径

    代码

    ```csharp using System; using System.Collections.Generic; using System.Globalization; using System.IO; using System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary; using System.Text;

namespace ConsoleApp1 { class Program {

  1. static void Main(string[] args)
  2. {
  3. char[] vertexs = new char[] { 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G' };
  4. //邻接矩阵的关系使用二维数组
  5. //比如C和G之间不连通,就用8888来表示,权值太大就不考虑了
  6. int x = 8888;
  7. int[,] matrix = new int[,]
  8. {
  9. //A B C D E F G
  10. /*A*/{0, 5, 7, x, x, x, 2 },
  11. /*B*/{5, 0, x, 9, x, x, 3 },
  12. /*C*/{7, x, 0, x, 8, x, x },
  13. /*D*/{x, 9, x, 0, x, 4, x },
  14. /*E*/{x, x, 8, x, 0, 5, 4 },
  15. /*F*/{x, x, x, 4, 5, 0, 6 },
  16. /*G*/{2, 3, x, x, 4, 6, 0 }
  17. };
  18. Floyd(vertexs, matrix);
  19. }
  20. static void Floyd(char[] vertexs,int[,] matrix)
  21. {
  22. #region 初始化部分
  23. char[] vertex = vertexs;//存放顶点的数组
  24. int[,] dis = matrix;//保存从各个顶点出发到其他顶点的距离,最后结果也保留在该数组
  25. int[,] pre =new int[vertex.Length,vertex.Length];//保存到达目标顶点的前驱顶点
  26. //对前驱节点初始化,注意存放的是前驱顶点的下标
  27. for(int i = 0; i < pre.GetLength(0); i++)
  28. for(int j = 0; j < pre.GetLength(1); j++)
  29. pre[i,j] = i;
  30. show("前驱节点",pre);
  31. show("到其他顶点的距离",dis);
  32. #endregion
  33. #region 弗洛伊德算法
  34. int len = 0;//变量保存距离
  35. //对中间顶点遍历,k就是中间顶点的下标[A,B,C,D,E,F,G]
  36. for(int k = 0; k < vertex.Length; k++)
  37. {
  38. //从i顶点开始出发[A,B,C,D,E,F,G]
  39. for(int i = 0; i < vertex.Length; i++)
  40. {
  41. //到达j顶点[A,B,C,D,E,F,G]
  42. for (int j = 0; j < vertex.Length; j++)
  43. {
  44. len = dis[i, k] + dis[k, j];//i顶点到k中间点的距离加上k中间点到j点的距离,就是i点到j点(中间通过k点)的距离
  45. if (len < dis[i, j])//如果i到j通过k点转的距离小于i到j直达的距离,说明i-k-j是i-j更短的路径
  46. {
  47. dis[i, j] = len;//更新距离
  48. pre[i, j] = pre[k, j];//更新前驱节点
  49. }
  50. }
  51. }
  52. }
  53. show("F前驱节点", pre);
  54. show("F到其他顶点的距离", dis);
  55. #endregion
  56. }
  57. static void show(string txt,int[,] matrix)
  58. {
  59. Console.WriteLine($"---------------{txt}---------------");
  60. for(int i = 0; i < matrix.GetLength(0); i++)
  61. {
  62. for(int j = 0; j < matrix.GetLength(1); j++)
  63. {
  64. Console.Write(matrix[i,j]+" ");
  65. }
  66. Console.WriteLine();
  67. }
  68. }
  69. }

}

```

输出

image.png