1、图类基本组成

存储在邻接表中的基本项

  1. /**
  2. * Represents an edge in the graph
  3. *
  4. */
  5. class Edge implements Comparable<Edge> {
  6. public Vertex dest;  //Second vertex in Edge
  7. public double cost;  //Edge cost
  8.  
  9. public Edge(Vertex d, double c) {
  10. dest = d;
  11. cost = c;
  12. }
  13.  
  14. @Override
  15. public int compareTo(Edge o) {
  16. double otherCost = o.cost;
  17. return cost < otherCost ? -1 : cost > otherCost ? 1 : 0;
  18. }
  19.  
  20. @Override
  21. public String toString() {
  22. return "Edge{" + "dest=" + dest + ", cost=" + cost + '}';
  23. }
  24. }

存储每个顶点信息

  1. /**
  2. * Represents a vertex in the graph
  3. */
  4. class Vertex {
  5. public String name;
  6. public List<Edge> adj;//Adjacent vertices
  7. public double dist;
  8. public Vertex prev;
  9. public int scratch;//Extra variable used in algorithm
  10.  
  11. public Vertex(String name) {
  12. this.name = name;
  13. adj = new LinkedList<Edge>();
  14. reset();
  15. }
  16.  
  17. public void reset() {
  18. dist = Graph.INFINITY;
  19. prev = null;
  20. scratch = 0;
  21. }
  22.  
  23. @Override
  24. public String toString() {
  25. return "Vertex{" + "name='" + name + '\'' + ", prev=" + prev + ", adj=" + adj + ", dist=" + dist + '}';
  26. }
  27. }

图类的框架

  1. import java.util.*;
  2.  
  3. /**
  4. * Created by Vanguard on 2017/4/6.
  5. */
  6. public class Graph {
  7. public static final double INFINITY = Double.MAX_VALUE;
  8. private Map<String, Vertex> vertexMap = new HashMap<String, Vertex>();
  9.  
  10. public void addEdge(String sourceName, String destName, double cost) {
  11. Vertex v = getVertex(sourceName);
  12. Vertex w = getVertex(destName);
  13. v.adj.add(new Edge(w, cost));
  14. }
  15.  
  16. /**
  17. * 通过查询图的表,打印最短路径
  18. *
  19. * @param destName
  20. */
  21. public void printPath(String destName) {
  22. Vertex w = vertexMap.get(destName);
  23. if (w == null) {
  24. System.out.println("NoSuchElementException");
  25. return;
  26. } else if (w.dist == INFINITY) {
  27. System.out.println(destName + " is unreachable.");
  28. } else {
  29. System.out.print("(Cost is: " + w.dist + ") ");
  30. printPath(w);
  31. System.out.println();
  32. }
  33. }
  34.  
  35. private void printPath(Vertex dest) {
  36. if (dest.prev != null) {
  37. printPath(dest.prev);
  38. System.out.print(" --> ");
  39. }
  40. System.out.print(dest.name);
  41. }
  42.  
  43. private Vertex getVertex(String vertexName) {
  44. Vertex v = vertexMap.get(vertexName);
  45. if (v == null) { //create if not exist.
  46. v = new Vertex(vertexName);
  47. vertexMap.put(vertexName, v);
  48. }
  49. return v;
  50. }
  51.  
  52. private void clearAll() {
  53. for (Vertex v : vertexMap.values()) {
  54. v.reset();
  55. }
  56. }
  57. }

2、最短路径算法

广度优先搜索

  1. /**
  2. * Single-source unweighted shortest-path algorithm.
  3. * 无权单源最短路径算法——广度优先搜索
  4. *
  5. * @param startName
  6. */
  7. public void unweighted(String startName) {
  8. clearAll();
  9. Vertex start = vertexMap.get(startName);
  10. if (start == null) {
  11. throw new NoSuchElementException("Start vertex not fond.");
  12. }
  13. Queue<Vertex> q = new LinkedList<Vertex>();
  14. q.add(start);
  15. start.dist = 0;
  16. while (!q.isEmpty()) {
  17. Vertex v = q.remove();
  18. for (Edge e : v.adj) {
  19. Vertex w = e.dest;
  20. if (w.dist == INFINITY) {
  21. w.dist = v.dist + 1;
  22. w.prev = v;
  23. q.add(w);
  24. }
  25. }
  26. }
  27. }

Dijstra算法

  1. /**
  2. * Single-source unweighted shortest-path algorithm.
  3. * 无权单源最短路径算法——广度优先搜索
  4. *
  5. * @param startName
  6. */
  7. public void unweighted(String startName) {
  8. clearAll();
  9. Vertex start = vertexMap.get(startName);
  10. if (start == null) {
  11. throw new NoSuchElementException("Start vertex not fond.");
  12. }
  13. Queue<Vertex> q = new LinkedList<Vertex>();
  14. q.add(start);
  15. start.dist = 0;
  16. while (!q.isEmpty()) {
  17. Vertex v = q.remove();
  18. for (Edge e : v.adj) {
  19. Vertex w = e.dest;
  20. if (w.dist == INFINITY) {
  21. w.dist = v.dist + 1;
  22. w.prev = v;
  23. q.add(w);
  24. }
  25. }
  26. }
  27. }

带负权值得最短路径算法

  1. /**
  2. * Single-source negative-weighted shortest-path algorithm.
  3. * 带负权值得最短路径算法
  4. *
  5. * @param startName
  6. */
  7. public void negative(String startName) {
  8. clearAll();
  9.  
  10. Vertex start = vertexMap.get(startName);
  11. if (start == null) {
  12. throw new NoSuchElementException("Start vertex not fond.");
  13. }
  14. Queue<Vertex> q = new LinkedList<>();
  15. q.add(start);
  16. start.dist = 0;
  17. start.scratch++;
  18. while (!q.isEmpty()) {
  19. Vertex v = q.remove();
  20. if (v.scratch++ > 2 * vertexMap.size()) {
  21. System.out.println("Negative cycle detected.");
  22. }
  23. for (Edge e : v.adj) {
  24. Vertex w = e.dest;
  25. double costvw = e.cost;
  26. if (w.dist > v.dist + costvw) {
  27. w.dist = v.dist + costvw;
  28. w.prev = v;
  29. //Enqueue only if not already on the queue
  30. if (w.scratch++ % 2 == 0)
  31. q.add(w);
  32. else
  33. w.scratch--;
  34. }
  35. }
  36.  
  37. }
  38. }

THE END.

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