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[图算法]Floyd算法改进之打印路径.

王朝other·作者佚名  2006-01-31
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[图算法]Floyd算法改进之打印路径.

Floyd算法虽然形式上简单,但功能强大,除了可以求出图中任意两点间的最短路径外

(参: http://blog.csdn.net/EmilMatthew/archive/2005/08/10/450051.aspx)

还能再稍加修改的情况下,通过一个信息矩阵来得出任意两点间最短路径的中结点的信息.

具体的算法如下:

Step1:

1) 准备原带权矩阵wArr及结点信息矩阵wAns.wAns中的元素wAns[i][j]表示的是从结点i到结点j的最短路径中,位于结点j前的那个结点;在原图权值矩阵wArr中,如果两个结点这之前在起始图中没有直接相连的路径,则用一个大整数表示它们间的权值.

2) For i<-1 to len

3) For j<-1 to len

4) If mapArr[i][j]<IntLimit then

5) ansArr[i][j]=i;//如果原图中两个结点I,j连通,则在j结点前的最近结点为i

6) End if

7) Next j

8) Next i

Step2:

1) 在Floy最短路径算法中加入对结点信息矩阵wAns相关的处理信信息,其实就多加了一句.

2) For k<-0 to len

3) For i<-0 to len

4) For j<-0 to len

5) newLen<-mapAr)[i][k]+mapArr[k][j]

6) If (newLen<mapArr[i][j]) then

7) mapArr[i][j]<-newLen;

8) ansArr[i][j]<-ansArr[k][j];//在找到最短路径后,更新结点信息矩阵wAns,使ansArr[i][j]始终表示的是从结点i到结点j的最短路径中,位于结点j前的那个结点

9) End if

10) Next j

11) Next i

12) Next k

至此,伴随着Floyd算法进行,最短路径的结点信息矩阵wAns构造也完成了.

Step2:

ansArr中内容的读取

由于ansArr[i][j]表示的是从结点i到结点j的最短路径中,位于结点j前的那个结点,所以,如果要获得由I到j的最短路径上的各个结点的信息,可以通过从j一直寻访到I的方式来做,将果存放在一个栈中,最后,将栈中内容弹出,即得由I到j的最短

路径上各结点的信息.

具体的算法如下:

1) 给出初结点startNodeId和终止结点endNodeId

2) 初始结点压栈myStack.push(endNodeId)

3) 得到中介结点midNode=wAns[startNodeId][endNodeId]

4) 中介点压栈myStack.push(midNode);

5) while(midNode!=startNodeId)

//如果中介点不是起始点,则进入循环,直到找起始点为止.

{

6) midNode=wAns[startNodeId][midNode];

7) myStack.push(midNode);

}

8) while(!myStack.isEmpty())//输出栈中的信息,即得最路径上各结点的信息.

9) print myStack.pop()

算法结束.

下面给出本算法的实现,在这里,除了输出两个结点的信息外,还输了图中所有结点间最短路径的信息.

/*The floyd2 algorithm ,with could trace out the shortest path node’s information

Made by EmilMatthew 05/8/13*/

/*A very simple stack */

#include <stdlib.h>

#ifndef SIMPLESTACK_H

#define SIMPLESTACK_H

#define StackDataType long

class SimpleStack

{

public:

SimpleStack()

{

mLen=100;

mData=new StackDataType[mLen];

nextSlot=0;

}

SimpleStack(int len)

{

mLen=len;

mData=new StackDataType[mLen];

nextSlot=0;

}

~SimpleStack()

{

mLen=100;

delete []mData;

nextSlot=0;

}

void deleteAllValues()

{

delete []mData;

nextSlot=0;

}

void push(StackDataType inVal);

StackDataType pop();

StackDataType top();

bool isEmpty()

{

return nextSlot==0;

}

private:

StackDataType* mData;

int mLen;

int nextSlot;

};

#endif

/*SimpleStack.cpp*/

#include "SimpleStack.h"

#include "MyAssert.h"

#include <stdio.h>

void SimpleStack::push(StackDataType inVal)

{

/*to enlarge the capacity of the arr*/

if(nextSlot>=mLen)

{

int i=0;

StackDataType* tmpArr;

/*memroy apply*/

tmpArr=new StackDataType[nextSlot];

assertF(tmpArr!=NULL,"in StackDataType SimpleStack::pop tmpArr is NULL\n");

/*copy from mData to tmpArr*/

for(i=0;i<nextSlot;i++)

tmpArr[i]=mData[i];

/*free the space before apply new space*/

delete []mData;

mLen+=100;/*stack length be bigger*/

mData=new StackDataType[mLen];/*memory apply*/

for(i=0;i<nextSlot;i++)

mData[i]=tmpArr[i];

delete []tmpArr;/*free the space of the tmp pointer*/

}

mData[nextSlot++]=inVal;

}

StackDataType SimpleStack::pop()

{

assertF(!isEmpty(),"in StackDataType SimpleStack::pop the stack is Empty.\n");

return mData[--nextSlot];

}

StackDataType SimpleStack::top()

{

assertF(!isEmpty(),"in StackDataType SimpleStack::top the stack is Empty.\n");

return mData[nextSlot-1];

}

#include "SimpleStack.h"

#include "MyAssert.h"

#include "Global.h"

#include "Ulti.h"

#include "GraphAlgorithm.h"

#include <iostream.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <time.h>

char *inFileName="inputData.txt";

/*

input data specification

row,col

wArr

{

, , , ,

, , , ,

, , , ,

}

*/

char *outFileName="outputData.txt";

#define DEBUG 1

void main(int argc,char* argv[])

{

FILE *inputFile;/*input file*/

FILE *outputFile;/*output file*/

double startTime,endTime,tweenTime;/*time callopsed info*/

int row,col;

int startNodeId=0,endNodeId=0;

int i,j;/*iterator index*/

int n;/*arr deminision for squre matrix*/

SimpleStack myStack;

Type** wArr;

Type** wAns;

Type midNode;

/*input file open*/

if(argc>1)strcpy(inFileName,argv[1]);

assertF((inputFile=fopen(inFileName,"rb"))!=NULL,"input file error");

printf("input file open success\n");

/*outpout file open*/

if(argc>2)strcpy(outFileName,argv[2]);

assertF((outputFile=fopen(outFileName,"wb"))!=NULL,"output file error");

printf("output file open success\n");

fscanf(inputFile,"%d,%d,",&row,&col);

/*Memory apply*/

wArr=(Type**)malloc(sizeof(Type*)*row);

for(i=0;i<row;i++)

wArr[i]=(Type*)malloc(sizeof(Type)*col);

wAns=(Type**)malloc(sizeof(Type*)*row);

for(i=0;i<row;i++)

wAns[i]=(Type*)malloc(sizeof(Type)*col);

/*Read 2d arr data*/

for(i=0;i<row;i++)

{

for(j=0;j<col-1;j++)

fscanf(inputFile,"%d,",&wArr[i][j]);

fscanf(inputFile,"%d;",&wArr[i][j]);

}

/*big length adjust*/

for(i=0;i<row;i++)

for(j=0;j<col;j++)

if(wArr[i][j]==-1)wArr[i][j]=IntLimit;

show2DArrInt(wArr,row,col);

fscanf(inputFile,"%d,%d,",&startNodeId,&endNodeId);

printf("start:%d,end:%d.",startNodeId,endNodeId);

#if DEBUG

printf("\n*******start of test program******\n");

printf("now is runnig,please wait...\n");

startTime=(double)clock()/(double)CLOCKS_PER_SEC;

/******************Core program code*************/

/*argu prepare*/

assertF(col==row,"in test col!=row");

n=row;/*get the size of square matrix*/

Floyd2(&wArr,&wAns,n);

fprintf(outputFile,"===Output the node info matrix.===\r\n");

output2DArrInt(wAns,row,col,outputFile);

fprintf(outputFile,"===End of output the node info matrix.===\r\n");

assertF(startNodeId>=0&&endNodeId>=0&&startNodeId<n&&endNodeId<n,"in test,start and end id is illegal\n");

/*Trace out the shortest path from startNode to endNode*/

myStack.push(endNodeId);

midNode=wAns[startNodeId][endNodeId];

myStack.push(midNode);

while(midNode!=startNodeId)

{

midNode=wAns[startNodeId][midNode];

myStack.push(midNode);

}

printf("\n");

while(!myStack.isEmpty())

printf("%d ",myStack.pop());

/*Trace out all the path*/

for(i=0;i<row;i++)

{

for(j=0;j<col;j++)

{

startNodeId=i;

endNodeId=j;

myStack.push(endNodeId);

midNode=wAns[startNodeId][endNodeId];

myStack.push(midNode);

while(midNode!=startNodeId)

{

midNode=wAns[startNodeId][midNode];

myStack.push(midNode);

}

while(!myStack.isEmpty())

fprintf(outputFile,"%d,",myStack.pop());

fprintf(outputFile,"*");

}

fprintf(outputFile,"\r\n");

}

/******************End of Core program**********/

endTime=(double)clock()/(double)CLOCKS_PER_SEC;

tweenTime=endTime-startTime;/*Get the time collapsed*/

/*Time collapsed output*/

printf("the collapsed time in this algorithm implement is:%f\n",tweenTime);

fprintf(outputFile,"the collapsed time in this algorithm implement is:%f\r\n",tweenTime);

printf("\n*******end of test program******\n");

#endif

for(i=0;i<row;i++)

free(wArr[i]);

free(wArr);

printf("program end successfully,\n you have to preess any key to clean the buffer area to output,otherwise,you wiil not get the total answer.\n");

getchar();/*Screen Delay Control*/

return;

}

 
 
 
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