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从存图到最短路算法的图论总结(一)
2019-08-04 00:09:51 】 浏览:117
Tags:从存图 短路 算法 总结

INTRODUCTION:

图论算法在计算机科学中扮演着很重要的角色,它提供了对很多问题都有效的一种简单而系统的建模方式。很多问题都可以转化为图论问题,然后用图论的基本算法加以解决。--百度百科

对于OI而言,图是指由若干给定的点及若干条连接两点的线(边)所构成的图形

借助图论知识,我们往往可以将一些复杂的问题转化到基础的图论算法上,进而使用已有算法解决全新问题

那么想如果想要运用图论,首先要从存图开始

前排感谢教我图论的周润喵老师,syc学长,就序老师

可是我还是没学会

一,存图

 

对于一个图而言,它可以根据便是否有反向分成两类:有向图与无向图,

不过二者的存图方式大同小异,以下以有向图为例;

1,邻接矩阵(Adjacency matrix)

邻接矩阵作为一种简洁实用的存图方式,具有简单可靠的优势,一般不太会打错,但是他的空间复杂度高达O(n^2),使得他的使用相当受局限

不过,在数据范围比较小或者想要打暴力部分分的时候,邻接矩阵还是具有相当大的优势的。

(比如说邻接矩阵+Floyd打暴力)

在邻接矩阵中,我们用e[i][j]表示点i到点j的距离(也就是边i->j的边权)

 

 1     const int INF = 9999999999;//设一个较大的数为无穷大
 2     int n, m;//n为点数,m为边数
 3     int e[5005][5005];//貌似开5005*5005就快MLE了...所以要谨慎一点
 4     for (int i = 1; i <= n; i++)
 5         for (int j = 1; j <= n; j++)
 6             if (i == j)
 7                 e[i][j] = 0;//我自己到我自己的距离当然是0
 8             else
 9                 e[i][j] = INF;//一开始还没有边,所以我到其他人的距离先设为无穷大
10     for (int i = 1; i <= m; i++)//读入边
11     {
12         int from, to, weight;//从哪来,到哪去,路多长
13         cin >> from >> to >> weight;
14         e[from][to] = weight;//无向图存两遍
15         e[to][from] = weight;//from到to的距离和to到from的距离是相等的
16     }

 个人认为邻接矩阵是一种比较可靠的存图方式,在数据较小的时候一般不会出错,

不过在使用时一定要根据题目含义对有向图,无向图或重边,自环,等特殊情况进行判断,以免出错。

2,邻接表(Adjacency table)

观察之前的邻接矩阵,我们可以看出,当存在很多个点(假设有n个),但边的数量(m)却远小于n2时,矩阵中很多的空间都没有用到,存在着极大的空间浪费

这使得邻接矩阵无法应付n>=10000(甚至更大)的情况,然而这种在OI里是很常见的,所以我们就要引入一种OI里最常见(总之我觉得挺常见的)

的存图方式:邻接表

首先,邻接表本质上是一种链表,表中的每一个节点使用指针或模拟指针进行连接(其实是不连着的)

同时,邻接表不同于邻接矩阵,他是以边为单位进行存储的,所以他所占的空间完全由边的数量决定,和点的数量没什么关系,

他无论在空间还是时间上都相当优秀,在OI中一般情况下不会出现连邻接矩阵都存不下的图(至少本蒟蒻没见过)

 

 1 #include<iostream>
 2 using namespace std;
 3 struct edge
 4 {
 5     int from;
 6     int to;
 7     int next;//模拟指针
 8     int weight;
 9 }e[2000080];//看吧,他开很大都不会爆,不过要注意无向图开两倍
10 //毕竟一条无向边其实是当作两条有向边存的
11 int head[50005];//head[i]表示点i所发出的第一条边的数组下标
12 int tot;//边的总数
13 int n, m;
14 void add(int from,int to,int weight)
15 {
16     tot++;
17     e[tot].from = from;
18     e[tot].to = to;
19     e[tot].weight = weight;
20     e[tot].next = head[from];
21     head[from] = tot;
22 }//加边的模板
23 int main()
24 {
25     cin >> n >> m;
26     for (int i = 1; i <= m; i++)
27     {
28         int x, y, z;
29         cin >> x >> y >> z;
30         add(x, y, z);
31         add(y, x, z);//依然无向边存两次
32     }
33     for (int i = head[1]; i; i = e[i].next)
34         //遍历该点上所有的边,如果没有下一条了(i=0),我就停
35         //如果还有下一条边,我就继续往后遍历(i=e[i].next)
36         cout << e[i].to;
37     //貌似没解释清楚,感性理解一下?
38     return 0;
39 }

3,vector存图

利用stl库中提供的动态数组vector存图,时空上的效率都和邻接表差不多(据说开了OI优化会稍微快一点)

注意要开<vector>头文件

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;
struct edge
{
    int from;
    int to;
    int weight;
};
vector<edge> e[100086];//e[i][j]表示点i的第j条边
//貌似比邻接表稍微简单一点
int n, m;
int main()
{
    cin >> n >> m;
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
        edge t;//定义一条新的的边出来
        int x, y, z;
        cin >> x >> y >> z;
        t.from = x;
        t.to = y;
        t.weight;
        e[x].push_back(t);//把他塞进去
        t.from = y;
        t.to = x;
        e[y].push_back(t);//改一改,反向塞进去
    }
    for (int i = 0; i < e[1].size(); i++)
        //查询很方便
        //不过注意vector是从0开始的
        cout << e[1][i].to;
    return 0;
}

存图时的坑点:

  • 重边:比较一下他和原本的那条边那个权值更小,选更小的存

  • 自环:对于一般的题貌似可以直接不管他

  • 无向图没开两倍:二话不说直接RE

二,最短路

常见的最短路算法主要有三类:

Floyd,Dijkstra以及Bellman Ford

当然还有他们的优化,以及一些其他的算法,不过貌似那些都有很多限制条件,只能在一些特定情况下只用

1,Floyd

这个算法实在太著名了,因为他的核

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