最短路算法

‘壹’ 图论：最短路算法有哪些以及它们的比较

请先检查你matlab的版本，这里提示没有找到该函数。很可能是因为matlab的版本太老。
由于这个函数是计算生物学工具箱的，估计早期的版本没有这个工具箱。
我这个函数是在2008版本下编写的，用2031a版的是没问题的。
ps:matlab每一版都会增减和优化一些函数，建议尽可能的保持高版本。

‘贰’ 最短路算法和最小生成树算法有什么区别

两个算法没有什么太多的联系，只能说是想法类似，都用了一定程度的贪心思维。
最短路是要求一点到另外的点的最短路径，只要最短的长度到达就好，除了出发点和终点外一概不管。如果不求一点到所有点的最短路，甚至可以不管所有点是否都联通。
最小生成树则要保证第一所有点都是联通的，不然就称不上是树了，而后保证树的边长度之和最小。

‘叁’ 如何证明求最短路劲的Dijkstra算法的正确性

Dijkstra算法（单源最短路径）

单源最短路径问题，即在图中求出给定顶点到其它任一顶点的最短路径。在弄清楚如何求算单源最短路径问题之前，必须弄清楚最短路径的最优子结构性质。

一.最短路径的最优子结构性质

该性质描述为：如果P(i,j)={Vi....Vk..Vs...Vj}是从顶点i到j的最短路径，k和s是这条路径上的一个中间顶点，那么P(k,s)必定是从k到s的最短路径。下面证明该性质的正确性。

假设P(i,j)={Vi....Vk..Vs...Vj}是从顶点i到j的最短路径，则有P(i,j)=P(i,k)+P(k,s)+P(s,j)。而P(k,s)不是从k到s的最短距离，那么必定存在另一条从k到s的最短路径P'(k,s)，那么P'(i,j)=P(i,k)+P'(k,s)+P(s,j)<P(i,j)。则与P(i,j)是从i到j的最短路径相矛盾。因此该性质得证。

二.Dijkstra算法

由上述性质可知，如果存在一条从i到j的最短路径(Vi.....Vk,Vj)，Vk是Vj前面的一顶点。那么(Vi...Vk)也必定是从i到k的最短路径。为了求出最短路径，Dijkstra就提出了以最短路径长度递增，逐次生成最短路径的算法。譬如对于源顶点V0，首先选择其直接相邻的顶点中长度最短的顶点Vi，那么当前已知可得从V0到达Vj顶点的最短距离dist[j]=min{dist[j],dist[i]+matrix[i][j]}。根据这种思路，

假设存在G=<V,E>，源顶点为V0，U={V0},dist[i]记录V0到i的最短距离，path[i]记录从V0到i路径上的i前面的一个顶点。

1.从V-U中选择使dist[i]值最小的顶点i，将i加入到U中；

2.更新与i直接相邻顶点的dist值。(dist[j]=min{dist[j],dist[i]+matrix[i][j]})

3.知道U=V，停止。

‘肆’ 求一个最短路径的算法

以前看到过，贴给你
Private Function OrderXY(X() As Double, Y() As Double)
Dim i, j, k, m, n, num, temp As Double
Dim NewX() As Double
Dim NewY() As Double
Dim Smin As Double '定义最短总距离
If UBound(X()) <> UBound(Y()) Then MsgBox "坐标错误": Exit Function '防止数据错误
n = UBound(X())
ReDim p(n) As Long
p(0) = 0: num = 1
For i = 1 To n
p(i) = i 'p()数组依次存储从0到n共n+1个数
num = num * i '计算num，num表示的是n个坐标（除X(0),Y(0)以外)共有n！种排列
Next
ReDim Stance(num - 1) As Double '定义数组存储每种连接方法的总距离
ReDim NewX(n)
ReDim NewY(n)
For i = 0 To n - 1 'Stance（0）是按照原坐标顺序依次连接的总距离
Stance(0) = Stance(0) + Sqr((Y(i + 1) - Y(i)) * (Y(i + 1) - Y(i)) + (X(i + 1) - X(i)) * (X(i + 1) - X(i)))
Next
Smin = Stance(0)
For k = 0 To n
NewX(k) = X(k)
NewY(k) = Y(k)
Next
i = n - 1
'下面对p()数组的n个数（除0以外）进行排列，每产生一种排列方式，坐标数组的数据就对应交换，并计算这一路径的总距离
Do While i > 0
If p(i) < p(i + 1) Then
For j = n To i + 1 Step -1 '从排列右端开始
If p(i) <= p(j) Then Exit For '找出递减子序列
Next
temp = p(i): p(i) = p(j): p(j) = temp '将递减子序列前的数字与序列中比它大的第一个数交换
temp = X(i): X(i) = X(j): X(j) = temp '与之对应的X Y也交换
temp = Y(i): Y(i) = Y(j): Y(j) = temp
For j = n To 1 Step -1 '将这部分排列倒转
i = i + 1
If i >= j Then Exit For
temp = p(i): p(i) = p(j): p(j) = temp
temp = X(i): X(i) = X(j): X(j) = temp
temp = Y(i): Y(i) = Y(j): Y(j) = temp
Next
m = m + 1
For k = 0 To n - 1
Stance(m) = Stance(m) + Sqr((Y(k + 1) - Y(k)) * (Y(k + 1) - Y(k)) + (X(k + 1) - X(k)) * (X(k + 1) - X(k)))
Next

If Stance(m) <= Smin Then
Smin = Stance(m)
For k = 0 To n
NewX(k) = X(k): NewY(k) = Y(k)
Next
End If
i = n
End If
i = i - 1
Loop

For k = 0 To n
X(k) = NewX(k): Y(k) = NewY(k)
Next '此时的X（） Y（） 就按照最短路径排列

End Function

‘伍’ 最短路径算法

Dijkstra算法，A*算法和D*算法

Dijkstra算法是典型最短路算法，用于计算一个节点到其他所有节点的最短路径。主要特点是以起始点为中心向外层层扩展，直到扩展到终点为止。Dijkstra算法能得出最短路径的最优解，但由于它遍历计算的节点很多，所以效率低。

Dijkstra算法是很有代表性的最短路算法，在很多专业课程中都作为基本内容有详细的介绍，如数据结构，图论，运筹学等等。

Dijkstra一般的表述通常有两种方式，一种用永久和临时标号方式，一种是用OPEN, CLOSE表方式，Drew为了和下面要介绍的 A* 算法和 D* 算法表述一致，这里均采用OPEN,CLOSE表的方式。

大概过程：
创建两个表，OPEN, CLOSE。
OPEN表保存所有已生成而未考察的节点，CLOSED表中记录已访问过的节点。
1． 访问路网中里起始点最近且没有被检查过的点，把这个点放入OPEN组中等待检查。
2． 从OPEN表中找出距起始点最近的点，找出这个点的所有子节点，把这个点放到CLOSE表中。
3． 遍历考察这个点的子节点。求出这些子节点距起始点的距离值，放子节点到OPEN表中。
4． 重复2，3，步。直到OPEN表为空，或找到目标点。

提高Dijkstra搜索速度的方法很多，常用的有数据结构采用Binary heap的方法，和用Dijkstra从起始点和终点同时搜索的方法。

A*（A-Star)算法是一种启发式算法，是静态路网中求解最短路最有效的方法。

公式表示为： f(n)=g(n)+h(n),
其中f(n) 是节点n从初始点到目标点的估价函数，
g(n) 是在状态空间中从初始节点到n节点的实际代价，
h(n)是从n到目标节点最佳路径的估计代价。

保证找到最短路径（最优解的）条件，关键在于估价函数h(n)的选取：
估价值h(n)<= n到目标节点的距离实际值，这种情况下，搜索的点数多，搜索范围大，效率低。但能得到最优解。
如果 估价值>实际值, 搜索的点数少，搜索范围小，效率高，但不能保证得到最优解。
估价值与实际值越接近，估价函数取得就越好。
例如对于几何路网来说，可以取两节点间欧几理德距离（直线距离）做为估价值，即f=g(n)+sqrt((dx-nx)*(dx-nx)+(dy-ny)*(dy-ny))；这样估价函数f在g值一定的情况下，会或多或少的受估价值h的制约，节点距目标点近，h值小，f值相对就小，能保证最短路的搜索向终点的方向进行。明显优于Dijstra算法的毫无无方向的向四周搜索。
conditions of heuristic
Optimistic (must be less than or equal to the real cost)
As close to the real cost as possible
主要搜索过程：
创建两个表，OPEN表保存所有已生成而未考察的节点，CLOSED表中记录已访问过的节点。
遍历当前节点的各个节点，将n节点放入CLOSE中，取n节点的子节点X,->算X的估价值->
While(OPEN!=NULL)
{
从OPEN表中取估价值f最小的节点n;
if(n节点==目标节点) break;
else
{
if(X in OPEN) 比较两个X的估价值f //注意是同一个节点的两个不同路径的估价值
if( X的估价值小于OPEN表的估价值 )
更新OPEN表中的估价值; //取最小路径的估价值
if(X in CLOSE) 比较两个X的估价值 //注意是同一个节点的两个不同路径的估价值
if( X的估价值小于CLOSE表的估价值 )
更新CLOSE表中的估价值; 把X节点放入OPEN //取最小路径的估价值
if(X not in both)
求X的估价值;
并将X插入OPEN表中; //还没有排序
}
将n节点插入CLOSE表中;
按照估价值将OPEN表中的节点排序; //实际上是比较OPEN表内节点f的大小，从最小路径的节点向下进行。
}

A*算法和Dijistra算法的区别在于有无估价值，Dijistra算法相当于A*算法中估价值为0的情况。

动态路网，最短路算法 D*A* 在静态路网中非常有效（very efficient for static worlds），但不适于在动态路网，环境如权重等不断变化的动态环境下。

D*是动态A*（D-Star,Dynamic A*） 卡内及梅隆机器人中心的Stentz在1994和1995年两篇文章提出，主要用于机器人探路。是火星探测器采用的寻路算法。

主要方法：
1.先用Dijstra算法从目标节点G向起始节点搜索。储存路网中目标点到各个节点的最短路和该位置到目标点的实际值h,k（k为所有变化h之中最小的值,当前为k=h。每个节点包含上一节点到目标点的最短路信息1(2),2(5),5(4)，4（7）。则1到4的最短路为1-2-5-4。
原OPEN和CLOSE中节点信息保存。
2.机器人沿最短路开始移动，在移动的下一节点没有变化时，无需计算，利用上一步Dijstra计算出的最短路信息从出发点向后追述即可，当在Y点探测到下一节点X状态发生改变，如堵塞。机器人首先调整自己在当前位置Y到目标点G的实际值h(Y)，h(Y)=X到Y的新权值c(X,Y)+X的原实际值h(X).X为下一节点(到目标点方向Y->X->G），Y是当前点。k值取h值变化前后的最小。
3.用A*或其它算法计算，这里假设用A*算法,遍历Y的子节点，点放入CLOSE,调整Y的子节点a的h值，h(a)=h(Y)+Y到子节点a的权重C(Y,a),比较a点是否存在于OPEN和CLOSE中，方法如下：
while()
{
从OPEN表中取k值最小的节点Y;
遍历Y的子节点a,计算a的h值 h(a)=h(Y)+Y到子节点a的权重C(Y,a)
{
if(a in OPEN) 比较两个a的h值
if( a的h值小于OPEN表a的h值 )
{ 更新OPEN表中a的h值;k值取最小的h值
有未受影响的最短路经存在
break;
}
if(a in CLOSE) 比较两个a的h值 //注意是同一个节点的两个不同路径的估价值
if( a的h值小于CLOSE表的h值 )
{
更新CLOSE表中a的h值; k值取最小的h值;将a节点放入OPEN表
有未受影响的最短路经存在
break;
}
if(a not in both)
将a插入OPEN表中; //还没有排序
}
放Y到CLOSE表；
OPEN表比较k值大小进行排序；
}
机器人利用第一步Dijstra计算出的最短路信息从a点到目标点的最短路经进行。

D*算法在动态环境中寻路非常有效，向目标点移动中，只检查最短路径上下一节点或临近节点的变化情况，如机器人寻路等情况。对于距离远的最短路径上发生的变化，则感觉不太适用。

‘陆’ 如何理解最短路算法dijkstra

就是不断更新最小值啊

‘柒’ Java中最短路算法如何实现

看看 这篇文章 它实现了
http://aloofqq.iteye.com/blog/1002174

‘捌’ 最短路算法中如何计算某路被经过次数

不说怎么找，你确定一条路被经过多次还是最短路？不然就是就是有负环，那种情况没最短路。
要么你的意思难道是某路被成为几次最短路路径上的路？如果是这样的话你可以在存路(推荐链式前向星)的时候多存一个值，在更新当前节点的值的时候把原来指向他的边次数--，当前这个++(°∀°)ﾉ

‘玖’ C语言实现最短路问题的算法

＃i nclude<stdio.h>
＃i nclude <stdlib.h>
//Dijkstra算法实现函数
void Dijkstra(int n,int v,int dist[],int prev[],int **cost)
{
int i;
int j;
int maxint = 65535;//定义一个最大的数值，作为不相连的两个节点的代价权值
int *s ;//定义具有最短路径的节点子集s
s = (int *)malloc(sizeof(int) * n);
//初始化最小路径代价和前一跳节点值
for (i = 1; i <= n; i++)
{
dist[i] = cost[v][i];
s[i] = 0;
if (dist[i] == maxint)
{
prev[i] = 0;
}
else
{
prev[i] = v;
}
}
dist[v] = 0;
s[v] = 1;//源节点作为最初的s子集
for (i = 1; i < n; i++)
{
int temp = maxint;
int u = v;
//加入具有最小代价的邻居节点到s子集
for (j = 1; j <= n; j++)
{
if ((!s[j]) && (dist[j] < temp))
{
u = j;
temp = dist[j];
}
}
s[u] = 1;
//计算加入新的节点后，更新路径使得其产生代价最短
for (j = 1; j <= n; j++)
{
if ((!s[j]) && (cost[u][j] < maxint))
{
int newdist = dist[u] + cost[u][j];
if (newdist < dist[j])
{
dist[j] = newdist;
prev[j] = u;
}
}
}
}
}
//展示最佳路径函数
void ShowPath(int n,int v,int u,int *dist,int *prev)
{
int j = 0;
int w = u;
int count = 0;
int *way ;
way=(int *)malloc(sizeof(int)*(n+1));
//回溯路径
while (w != v)
{
count++;
way[count] = prev[w];
w = prev[w];
}
//输出路径
printf("the best path is:\n");
for (j = count; j >= 1; j--)
{
printf("%d -> ",way[j]);
}
printf("%d\n",u);
}
//主函数，主要做输入输出工作
void main()
{
int i,j,t;
int n,v,u;

int **cost;//代价矩阵
int *dist;//最短路径代价
int *prev;//前一跳节点空间
printf("please input the node number: ");
scanf("%d",&n);
printf("please input the cost status:\n");

cost=(int **)malloc(sizeof(int)*(n+1));
for (i = 1; i <= n; i++)
{
cost[i]=(int *)malloc(sizeof(int)*(n+1));
}
//输入代价矩阵
for (j = 1; j <= n; j++)
{
for (t = 1; t <= n; t++)
{
scanf("%d",&cost[j][t]);
}
}

dist = (int *)malloc(sizeof(int)*n);
prev = (int *)malloc(sizeof(int)*n);
printf("please input the source node: ");
scanf("%d",&v);
//调用dijkstra算法
Dijkstra(n, v, dist, prev, cost);
printf("*****************************\n");
printf("have confirm the best path\n");
printf("*****************************\n");
for(i = 1; i <= n ; i++)
{
if(i!=v)
{
printf("the distance cost from node %d to node %d is %d\n",v,i,dist[i]);
printf("the pre-node of node %d is node %d \n",i,prev[i]);
ShowPath(n,v,i, dist, prev);
}
}
}

‘拾’ 求最短路问题的三种算法并说明使用条件

现在比较常用的最短路算法是dijkstra它的使用条件是你会写，且图中无负权边

SPFA是现在稀疏图上常用最短路算法，且无负环，而且你要会写
floyd是当前求多源最短路的常用算法
对于程序猿来说，dijkstra性能稳定比较changyong
对于oier来说，只要不是稠密图，一定写spfa，因为spfa在稀疏图上太快了