C语言求解无向图顶点之间的所有最短路径

Glenna ·

更新时间:2024-11-14

· 736 次阅读

本文实例为大家分享了C语言求解无向图顶点之间的所有最短路径的具体代码，供大家参考，具体内容如下

思路一：

DFS，遇到终点之后进行记录
辅助存储：


std::vector<int> tempPath;
std::vector<std::vector<int>> totalPath;

实现：


//查找无向图的所有最短路径，直接dfs就可以解决了
//记录保存这里用 vector<vector<int>> 插入失败，重新搞一下 OK
// 时间复杂度 O（N + E）
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <vector>
#include <set>
#define MAX 10
#define INF 999999
int graph[MAX + 1][MAX + 1];
int N, M;          //node, edge
int nodeBook[MAX + 1];
int minPath = INF;
std::vector<int> pathNodeVec;
std::vector<std::vector<int>> allShortVec;
int startNode, endNode;
void dfs(int i, int step)
{
  if (i == endNode) {   //遇到终点，进行路径判定
    if (step < minPath) {
      std::cout << "step < minpath.., size = " << allShortVec.size() << std::endl;
      minPath = step;
      pathNodeVec.push_back(i);
      for (auto &elem : pathNodeVec)
        std::cout << elem << "\t";
      std::cout << std::endl;
      std::vector<int> tempVec = pathNodeVec;
      allShortVec.clear();            //清空
      allShortVec.push_back(tempVec);      //存储
      pathNodeVec.pop_back();
    } else if (step == minPath) {
      std::cout << "step == minpath.., size = " << allShortVec.size() << std::endl;
      pathNodeVec.push_back(i);
      for (auto &elem : pathNodeVec)
        std::cout << elem << "\t";
      std::cout << std::endl;
      std::vector<int> tempVec = pathNodeVec;
      allShortVec.push_back(tempVec);     //存储当前路径 
      pathNodeVec.pop_back();
    } else { ;}
    return;
  }
  nodeBook[i] = 1;
  pathNodeVec.push_back(i);
  for (int x = 1; x <= N; x++) {   //尝试所有可能性
    if (x == i)
      continue;
    if (nodeBook[x] == 1)
      continue;
    if (graph[i][x] == INF)
      continue;
    dfs(x, step + 1);
  }
  nodeBook[i] = 0;
  pathNodeVec.pop_back();
  return ;
}
int main(void)
{
  std::cin >> N >> M;
  for (int x = 1; x <= N; x++)
    nodeBook[x] = 0;    //表示还没有访问
  for (int x = 1; x <= N; ++x)
    for (int y = 1; y <= N; ++y) {
      if (x == y)
        graph[x][y] = 0;
      else
        graph[x][y] = INF;
    }
  for (int i = 1; i <= M; ++i) {
    int tempX, tempY, tempWeight;
    std::cin >> tempX >> tempY >> tempWeight;
    graph[tempX][tempY] = tempWeight;
  }
  std::cout << "please input start node & end node :" << std::endl;
  std::cin >> startNode >> endNode;
  pathNodeVec.clear();
  allShortVec.clear();
  dfs(startNode, 0);
  std::cout << "all shortest path: \t";
  std::cout << "size = " << allShortVec.size() << std::endl;
  for (std::vector<std::vector<int>>::const_iterator it = allShortVec.begin(); it != allShortVec.end(); it++) {
    for (std::vector<int>::const_iterator it2 = (*it).begin(); it2 != (*it).end(); it2++)
      std::cout << (*it2) << "\t";
    std::cout << std::endl;
  }
  getchar();
  return 0;
}

时间分析：

O(V + E)

缺点：

可能会爆栈，我这里算86W点+414W边直接爆，小的没问题。

思路二：

BFS，位图/vector/.. 记录好每一步的路径即可

时间

O(V + E)

额外开销：

存储每一步的路径，如何维护好，尽量避免循环查找。

思路三：

1. 先求出起始点start到其余所有点的最短路径； Dijkstra
2. 然后以终点end为开始，反向进行dfs/bfs搜索；
每回退 i 层，判断值（path-i）与起点到当前点最短路径长度 temp 的比较；
二者相等，则继续（利用子问题的正确性）；若（path-i） < temp ，则这个点不在最短路径上，放弃。

如图所示：

先求出start到其余所有点的最短路径；

然后从 end 点开始往回搜索；

end上面一个点，（path - 1 = 3）等于起始点到它的最短路径长 3，判断，是最短路径上的点，继续；

再往上搜索：

左边那个点3，因为此时（path - 2）= 2，而那个点的 temp=3，即（path - i） < temp ，因此那个点一定不在 start 到 end 的最短路径上。
而上面那个点2，此时（path - 2）= 2 ，而那个点 temp = 2，即（path - i） == temp ，因此它必然在 start 到 end 的最短路径上。继续搜索下去。

重复这样的过程直到搜索完毕，最终得到两条最短路径。

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最短路径 C语言

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