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图论-Bellman-Ford

上次我们学习了Dijkstra,其有一个不错的时间复杂度上限:O(n log n),但其对于负权边的处理会出错啦

一个简单的小例子:

技术分享

这个图中如果我们发现以3号点为原点,跑一边dijkstra的话

我们先会取2号点进入原点集合,再取一号点。这样得到的dist[2]=3,dist[1]=4

错!

我们很容易发现其实dist[1]=4,dist[2]=2;先取1,再取2。

令人难受接受的是不是我们选取边的方式错了,而是算法本身就有漏洞!

因为上次dijkstra正确性证明时的dist[i]最小,则其则不存在其他店更新i的想法是错的!

这就需要我们寻找一个新的算法

就是bellman了

在这个算法中,我们暴力的把每条边都更新一次,更新|V|-1次,而且如果第|V|次还可以更新的话,就存在负权环了!

百度百科:

描述性证明

首先指出,图的任意一条最短路径既不能包含负权回路,也不会包含正权回路,因此它最多包含|v|-1条边。
其次,从源点s可达的所有顶点如果 存在最短路径,则这些最短路径构成一个以s为根的最短路径树。Bellman-Ford算法的迭代松弛操作,实际上就是按每个点实际的最短路径[虽然我们还不知道,但它一定存在]的层次,逐层生成这棵最短路径树的过程。
注意,每一次遍历,都可以从前一次遍历的基础上,找到此次遍历的部分点的单源最短路径。如:这是第i次遍历,那么,通过数学归纳法,若前面单源最短路径层次为1~(i-1)的点全部已经得到,而单源最短路径层次为i的点,必定可由单源最短路径层次为i-1的点集得到,从而在下一次遍历中充当前一次的点集,如此往复迭代,[v]-1次后,若无负权回路,则我们已经达到了所需的目的--得到每个点的单源最短路径。[注意:这棵树的每一次更新,可以将其中的某一个子树接到另一个点下]
反之,可证,若存在负权回路,第[v]次遍历一定存在更新,因为负权回路的环中,必定存在一个“断点”,可用数学手段证明。
最后,我们在第[v]次更新中若没有新的松弛,则输出结果,若依然存在松弛,则输出‘CAN‘T‘表示无解。同时,我们还可以通过“断点”找到负权回路。

所以总的时间复杂度为O(n*m),不算优,但可以优化到SPFA,具高效(貌似还是中国人发明的)

另外,运用bellman-Ford算法还可以解决差分约束图的问题

下一篇文章讨论。

代码:

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<algorithm>
#define INF 100000
const int N=500005;
struct note{
    int u,v,c;
}Edge[N];
int dist[N];
using namespace std;
int main()
{
    int n,m,s;
    scanf("%d %d %d",&n,&m,&s);
    for(int i=1;i<=m;i++)
    {
        scanf("%d %d %d",&Edge[i].u,&Edge[i].v,&Edge[i].c);
    }
    for(int i=1;i<=n;i++)
    dist[i]=INF;
    dist[s]=0;
    for(int i=1;i<n;i++)
    {
        bool flag=1;
        for(int j=1;j<=m;j++)
        if(dist[Edge[j].u]+Edge[j].c<dist[Edge[j].v])
        dist[Edge[j].v]=dist[Edge[j].u]+Edge[j].c,flag=0;
        if (flag) break;
    }
    cout<<dist[1];
    for(int i=2;i<=n;i++)
    printf(" %d",dist[i]);
    cout<<endl;
}
//若有错误请大佬更正

 

图论-Bellman-Ford