C语言寻找无向图两点间的最短路径

Genet ·

更新时间:2024-09-21

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1.简介

无向图是图结构的一种。本次程序利用邻接表实现无向图，并且通过广度优先遍历找到两点之间的最短路径。

2.广度优先遍历

广度优先遍历(BFS)和深度优先遍历(DFS)是图结构中最常用的遍历方式。其中广度优先遍历配合上队列能够找到两点之间的最短路径，同时也能解决一些其他的问题(比如寻找迷宫的最短逃离路线)。广度优先遍历寻找两点之间最短路径的操作分为以下几步:

1）.首先定义起始点和终点src和dst。接着定义一个数组distance[ ]，用于存放各点到src的距离。初始化时各点到src的距离是INF(表示正无穷。这里可自行定义，作用是表示还未得到该结点到src的距离)，而distance[src] = 0。然后将src放入队列。

2）.取出队列的第一个结点(一开始队列只有src，这里就是取出src)放在变量top中；

3）.获得该结点的所有邻接结点，并且判断distance[ ]数组中各个邻接结点是否为INF。如果是说明还没有访问过该结点则将distance[ ]相应的位置设定为distance[top] + 1。如果不为INF，则表示之前已经访问过了，因此跳过。

4）.重复2-3步直到top变量等于dst为止。或者一直到队列为空，这种情况下说明两点间不存在路径。

总结起来就是将结点从src开始按顺序放进队列中，而已经放进过队列的结点会被标识，因此不会重复放进队列，直到找到dst为止。这种方法得到的路径一定时最短路劲。

3.输出最短路径

上面使用广度优先遍历找到的是两点之间最短路径的长度，并且存储在了distance[dst]中，而如果要输出这条最短路径有不同的方法。本人这里使用的方法是先将dst压入栈中，然后通过遍历dst的邻接结点中有哪一个结点在distance数组中的值是distance[dst] - 1，找到后压入栈中。接着继续寻找再前一个结点，同样压入栈中。循环该操作最后找到src，然后将栈中的元素依次pop出来。因为栈先进后出的性质，便能够得到该条路径。

4.代码实现

具体的代码如下


#ifndef _GRAPH_H
#define _GRAPH_H
#include <stack>
#include <iostream>
#include <queue>
#define ERROR   -1
#define V_E_INFO  1
#define FIND    1
#define PATH    2
#define MAX     100
using namespace std;
class ArcNode
{
  private:
    int value;
    ArcNode *next;
  public:
    ArcNode(int , ArcNode * = nullptr);
    void set_next(ArcNode *);
    ArcNode *get_next() const;
    int get_value() const;
    void set_value(int);
};
class List
{  
  private:
    int value;
    ArcNode *firstnode;
  public:
    List(int = 0,ArcNode * = nullptr);
    ~List();
    ArcNode *Pop();
    void Push(int);
    int get_value() const;
    int is_exist(int) const;
    ArcNode *get_firstnode() const;
    void set_value(int);
    void dfs_find_path() const;
    void set_firstnode(ArcNode *);
    void print() const;
};
class Graph
{    
  private:
    List list[MAX];
    int vertices_num;
    int edge_num;
  public:
    Graph(int,int,int []);
    ~Graph();
    int get_vertices_num() const;
    int get_edge_num() const;
    List *get_list(int);
    void print() const;
    void dfs_print_path(int,int) const;
    void dfs_find_path(int,int,int [],stack<int> & ,int &) const;
    void dfs(int src,int visited[],int &count) const;
    void dfs_print(int) const;
    void dfs_non_recursive() const;
    int find_shortest_path(int,int) const;
    void dfs(int,int []) const;
};
#endif

BFS找寻最短路径代码：


int Graph::find_shortest_path(int src,int dst) const
{
  queue<int> myQ;
  int value[vertices_num];/用于存放各点到src的距离
  int head = 0;
  int output[10];
  for(int i = 0;i < vertices_num;i++)
  {
    value[i] = -1;//-1表示还没有访问过该结点
  }
  value[src] = 0;
  myQ.push(src);
  while(myQ.size())
  {
    head = myQ.front();
    myQ.pop();
    if(head == dst)
    {
      int find = dst;
      stack<int> myS;
      myS.push(dst);
      while(find != src)
      {  
        for(int j = 0; j < vertices_num; j++)
        {
          if((list[j].is_exist(find) == 1) && (value[find] == value[j] + 1))
          {
            myS.push(j);
            find = j;
            break;
          }
        }
      }
      int count = myS.size();
      for(int j = 0;j < count;j++)
      {
        if(j == count - 1)
          cout << myS.top() << endl;
        else
        {
          cout << myS.top() << "-";
          myS.pop();
        }
      }
      return FIND;
    }
    ArcNode *a = list[head].get_firstnode();
    while( a != nullptr)
    {
      if(value[a -> get_value()] == -1)
      {
        value[a -> get_value()] = value[head] + 1;
        myQ.push(a -> get_value());
      }
      a = a -> get_next();
    }
  }
  cout << "Error: no path between " << src << " and " << dst << endl;
  return ERROR;
}

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