МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРАТЧАЙШЕГО ПУТИ МЕЖДУ ВЕРШИНАМИ ГРАФА
Анализ алгоритмов, применяемых в настоящее время для поиска кратчайших путей между вершинами графа, позволил выявить алгоритмы Уоршолла, Дейкстры, Форда [1]. Все алгоритмы хаpaктеризуются разными вычислительными затратами и позволяют решать поставленную задачу, но наиболее эффективным считается алгоритм Дейкстры, предложенный в 1959 году.
Перед началом выполнения алгоритма все вершины и дуги не отмечены. Каждой вершине в ходе выполнения алгоритма присваивается число d(xi), равное длине кратчайшего пути из xi в xj, включающего только отмеченные вершины.
Выполняется присвоение начальных значений, для чего необходимо обозначить d(xi) пометку исходной вершины и считать, что d(xi) = 0. Отметить постоянной пометкой исходную вершину xi и положить y = xi, где y - последняя из отмеченных вершин. Остальные вершины имеют временные пометки и считать, что для xj ≠ y d(xj) = ∞. Алгоритм итерационный. Каждая итерация состоит из ряда шагов. Алгоритм Дейкстры рассмотрен на примере взвешенного графа (рис. 1,a). Матрица весов дуг приведена на рис. 1,b. Требуется найти кратчайший путь от вершины x1 до вершины x6.
Рис. 1. Пример поиска кратчайшего пути: a - граф; б - матрица весов дуг
Выполняется присвоение начальных значений: d(x1) = 0; xi ≠ x1 d(xi) = ∞.
Для каждой итерации, в соответствующую строку таблицы заносится отмеченная вершина и текущие значения d(xi). Для 1-й итерации будем иметь:
y = x1. Г(x1) = {x2, x3, x4}.
Для всех вершин, входящих в Г(x1), пометки которых временные, необходимо пересчитать d(xi) в виде:
d(x2) = min [d(x2), d(x1) + t(x1, x2)] = min [∞, 0 + 4] = 4.
Аналогично для d(x3), d(x4). Массив временных пометок будет иметь вид: {d(x2), d(x3), d(x4)} = 4, 3, 7}.
Поскольку величина d(x3) = 3 является минимальной, то вершина x3 отмечается x3*. Также отмечается и дуга (x1, x3)*. Наименьшее из значений d(xi) среди неотмеченных вершин в таблице выделено полужирным шрифтом.
Текущее дерево кратчайших путей состоит из дуги (x1, x3)* (рис. 2,а).
Таким образом, выполнив еще 4 итерации, получим окончательно построенное дерево кратчайших путей, которое состоит из дуг (x1, x3)*, (x1, x2)*, (x3, x5)*, (x2, x4)* и (x5, x6)* (рис. 2,д).
а б в г д
Рис. 2. Текущие деревья кратчайшего пути ─ a, б, в, г и окончательно построенное дерево кратчайших путей ─ д
Вычисления по алгоритму Дейкстры
|
Итерация |
Отмеченная вершина |
Расстояние до вершины |
|||||
|
d(x1) |
d(x2) |
d(x3) |
d(x4) |
d(x5) |
d(x6) |
||
|
Начало |
x1 |
0 |
∞ |
∞ |
∞ |
∞ |
∞ |
|
1 |
x1* |
0 |
4 |
3 |
7 |
∞ |
∞ |
|
2 |
x3* |
0 |
4 |
3* |
7 |
6 |
∞ |
|
3 |
x2* |
0 |
4* |
3* |
7 |
6 |
∞ |
|
4 |
x5* |
0 |
4* |
3* |
7 |
6* |
8 |
|
5 |
x4* |
0 |
4* |
3* |
7* |
6* |
8 |
Кратчайший путь, соединяющий вершину x1 с вершиной x6, состоит из дуг (x1, x2), (x2, x5) и (x5, x6) имеет длину 4 + 2 + 2 = 8. Это не единственный кратчайший путь между вершинами x1 и x6. Путь, состоящий из дуг (x1, x3), (x3, x5) и (x5, x6) имеет длину 3 + 3 + 2 = 8 и также является кратчайшим путем между вершинами x1 и x6.
Существуют алгоритмы более эффективные, чем процеДypa многократного повторения алгоритма Дейкстры. Эти алгоритмы принадлежат Флойду и Данцигу. В обоих алгоритмах для длин дуг допускаются отрицательные значения, однако не допускается наличие контуров отрицательной длины.
Как видно из описания алгоритмов поиска кратчайших путей, в основном они состоят из операций двух типов: операции сложения и операции сравнения по минимуму. При анализе вычислительной сложности любого из этих алгоритмов обычно предполагается, что для выполнения обеих операций требуется одинаковое время.
Список литературы
1. Майника Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах. - М.: Мир, 1981. - 324 с.
2. Новиков Ф.А. Дискретная математика для программистов. - СПб: Питер, 2000. - 304 с.
3. Хаггарти Р. Дискретная математика для программистов. - М.: Техносфера, 2005. - 400 с.
Статья в формате PDF
111 KB...
23 04 2024 21:39:35
Статья в формате PDF
113 KB...
22 04 2024 16:25:55
Статья в формате PDF
107 KB...
21 04 2024 6:37:10
Статья в формате PDF
108 KB...
20 04 2024 14:49:49
Статья в формате PDF
251 KB...
19 04 2024 4:37:28
Статья в формате PDF
265 KB...
18 04 2024 5:22:57
На основании изучения особенностей трудовой деятельности железнодорожников, учитывая современные принципы оптимального питания, были сформулированы основные требования к ассортименту продуктов лечебно-профилактического питания работников железнодорожных профессий. Даны рекомендации по организации рационального питания. Изучены требования к ассортименту при приготовлении мяса, мясопродуктов, птицы, рыбы, а так же молочных продуктов, круп мучных изделий, хлеба, овощей и фруктов. Представлена информация по пищевой ценности овощей и фруктов и классификация жиров.
...
16 04 2024 13:33:43
Статья в формате PDF
236 KB...
15 04 2024 14:11:42
Научно-технический прогресс приносит новый блага цивилизации и ставит новые проблемы перед ней. Автомобильный трaнcпорт дал людям высокую степень мобильности и комфорта, за которые, однако, приходится расплачиваться ухудшением экологии. В статье изучена динамика роста численности автомобильного и грузового трaнcпорта в городе Сочи и тот ущерб, который трaнcпорт наносит экологии сочинского региона.
...
14 04 2024 4:29:36
Приведен способ очистки водной поверхности от нефтяных загрязнений, который может быть использован для очистки водных объектов от пленки аварийно-разлитой и другой плавающей нефти. Разработаны математические модели процесса сорбции древесных отходов в программной среде Curve Expert 1.3.
...
13 04 2024 4:31:27
Статья в формате PDF
133 KB...
09 04 2024 13:31:15
Статья в формате PDF
108 KB...
08 04 2024 7:45:44
Одинаково назначаемые одни и те же лекарственные средства могут действовать на организм различных людей соответственно неодинаково. Каждый уважающий себя и пациента врач стремится к такому клиническому подходу в свете фармакологии и медицины, что каждый человек мог извлечь из схемы лечения максимальную пользу и минимальный побочный эффект, говоря иным образом, подходить к терапии пациента индивидуально. Но принципиально это стало возможно после расшифровки генома человека. Отличие хромосомных наборов у женщины и мужчины состоит в том, что они имеют разные пoлoвые хромосомы. Женский пол гомогаметный — в кариотипе отсутствует Y-хромосома, и пара пoлoвых хромосом представлена двумя X-хромосомами. Хромосомный набор мужчины содержит две разные пoлoвые хромосомы, X и Y. А значит и применяемые фитопрепараты на основе жирных растительных масел по-разному могут действовать на мужской и женский организм.
...
07 04 2024 16:46:57
Статья в формате PDF
198 KB...
06 04 2024 10:17:11
Статья в формате PDF
84 KB...
05 04 2024 22:17:46
Статья в формате PDF
126 KB...
04 04 2024 12:23:46
Статья в формате PDF
113 KB...
03 04 2024 20:13:37
Статья в формате PDF
109 KB...
02 04 2024 20:23:42
В статье рассматриваются проблемы эстетического воспитания школьников, какую роль может играть в эстетическом воспитании подрастающего поколения творчество Расула Гамзатова.
...
01 04 2024 13:16:36
Статья в формате PDF
286 KB...
31 03 2024 9:55:38
Данная статья представляет собой введение к программе поиска эмпирических закономерностей развития цивилизации. Первая закономерность получена по результатам научных оценок возраста Вселенной данным с момента зарождения науки до настоящего времени. Замысел программы и первая закономерность из этой программы появилась благодаря полученным физическим результатам. Современная физическая теория показывает, что предсказуема и поддаётся расчёту вся цепочка эволюции от образования Вселенной и Солнечной системы до эволюции планет земной группы. В данной статье в популярной форме излагаются основы физической теории, позволяющей описывать физические хаpaктеристики каждой из планет земной группы. Эволюция физических хаpaктеристик планет показывает условия возникновения и направление развития жизни на Земле. Если вся эта цепочка поддаётся расчёту, то можно допустить предсказуемость эволюции цивилизации и существование строгих социально-экономических законов.
...
30 03 2024 23:10:40
Статья в формате PDF
322 KB...
29 03 2024 15:35:40
Статья в формате PDF
271 KB...
26 03 2024 21:40:25
Статья в формате PDF
116 KB...
25 03 2024 21:21:41
Статья в формате PDF
181 KB...
24 03 2024 2:38:10
Статья в формате PDF
115 KB...
22 03 2024 16:15:52
Статья в формате PDF
87 KB...
21 03 2024 17:48:43
Статья в формате PDF
102 KB...
20 03 2024 10:57:18
Статья в формате PDF
130 KB...
19 03 2024 18:55:49
Статья в формате PDF
118 KB...
18 03 2024 19:33:23
Статья в формате PDF
249 KB...
17 03 2024 11:24:39
Статья в формате PDF
112 KB...
16 03 2024 17:24:22
Статья в формате PDF
139 KB...
15 03 2024 1:36:36
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::
