图遍历算法之最短路径Dijkstra算法

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最短路径问题是图论研究中一个经典算法问题,旨在寻找图中两节点或单个节点到其他节点之间的最短路径。根据问题的不同,算法的具体形式包括:

常用的最短路径算法包括:Dijkstra算法,A 算法,Bellman-Ford算法,SPFA算法(Bellman-Ford算法的改进版本),Floyd-Warshall算法,Johnson算法以及Bi-direction BFS算法。本文将重点介绍Dijkstra算法的原理以及实现。

Dijkstra算法,翻译作戴克斯特拉算法或迪杰斯特拉算法,于1956年由荷兰计算机科学家艾兹赫尔.戴克斯特拉提出,用于解决赋权有向图的 单源最短路径问题 。所谓单源最短路径问题是指确定起点,寻找该节点到图中任意节点的最短路径,算法可用于寻找两个城市中的最短路径或是解决著名的旅行商问题。

问题描述 :在无向图 中, 为图节点的集合, 为节点之间连线边的集合。假设每条边 的权重为 ,找到由顶点 到其余各个节点的最短路径(单源最短路径)。

为带权无向图,图中顶点 分为两组,第一组为已求出最短路径的顶点集合(用 表示)。初始时 只有源点,当求得一条最短路径时,便将新增顶点添加进 ,直到所有顶点加入 中,算法结束。第二组为未确定最短路径顶点集合(用 表示),随着 中顶点增加, 中顶点逐渐减少。

以下图为例,对Dijkstra算法的工作流程进行演示(以顶点 为起点):

注:
01) 是已计算出最短路径的顶点集合;
02) 是未计算出最短路径的顶点集合;
03) 表示顶点 到顶点 的最短距离为3
第1步 :选取顶点 添加进


第2步 :选取顶点 添加进 ,更新 中顶点最短距离




第3步 :选取顶点 添加进 ,更新 中顶点最短距离




第4步 :选取顶点 添加进 ,更新 中顶点最短距离





第5步 :选取顶点 添加进 ,更新 中顶点最短距离



第6步 :选取顶点 添加进 ,更新 中顶点最短距离



第7步 :选取顶点 添加进 ,更新 中顶点最短距离

示例:node编号1-7分别代表A,B,C,D,E,F,G

(s.paths <- shortest.paths(g, algorithm = "dijkstra"))输出结果:

(s.paths <- shortest.paths(g,4, algorithm = "dijkstra"))输出结果:

示例:

找到D(4)到G(7)的最短路径:

[1] 维基百科,最短路径问题: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9C%80%E7%9F%AD%E8%B7%AF%E9%97%AE%E9%A2%98 ;
[2]CSDN,Dijkstra算法原理: https://blog.csdn.net/yalishadaa/article/details/55827681 ;
[3]RDocumentation: https://www.rdocumentation.org/packages/RNeo4j/versions/1.6.4/topics/dijkstra ;
[4]RDocumentation: https://www.rdocumentation.org/packages/igraph/versions/0.1.1/topics/shortest.paths ;
[5]Pypi: https://pypi.org/project/Dijkstar/

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