Bellman-Ford算法疑问

来源:12-7 Bellman-Ford 算法

慕设计8552030

2020-03-18

“对所有边进行一次松弛操作,则求出了到所有点,经过最多1条边的最短路”,在看具体代码实现的时候,比如在进行第一轮松弛操作时,i < j,刚计算出dis[i]的值,会直接用于计算dis[j] = min(dis[i] + ij , dis[j]),那我理解:dis[j]就不是代表经过最多1条边的最短路了,而是代表经过dis[i]对应的最短路边的条数+1条边了,看似有些矛盾,麻烦bobo老师看我的理解是否正确,多谢

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1回答

liuyubobobo

2020-03-19

你是正确的。


严格来说,我们的实现,计算的是从src到任一顶点,最少经过 k 步的最小路径:也就是基于我们的实现,我们有可能在第k轮松弛操作,求出经过大于k步的最小路径。


举个例子,我们就看这样的一个简单的图:

0 -> 1 -> 2 -> 3

其中0->1的权值为1;1->2的权值为1;2->3的权值为1。起始点为0;终止点为3。

初始:dist[0] = 0; dist[1] = ∞; dist[2] = ∞; dist[3] = ∞。


在这里注意,我们每轮松弛所有的边,都是从顶点为0的边开始松弛的。

第一轮松弛:

首先,松弛0->1这条边,可以松弛,得到:

dist[0] = 0; dist[1] = 1; dist[2] = ∞; dist[3] = ∞;

0相邻的所有边松弛完了,松弛1相邻的边,即松弛1->2,可以松弛,得到:

dist[0] = 0; dist[1] = 1; dist[2] = 2; dist[3] = ∞;

1相邻的所有边松弛完了,松弛2相邻的边,即松弛2->3,可以松弛,得到:

dist[0] = 0; dist[1] = 1; dist[2] = 2; dist[3] = 3;


至此,我们只用了一轮松弛操作,就得到了从0到3的最短路径。但是,注意,我们之所以只用一轮松弛操作,是基于我们在松弛1->2这条边的时候,恰巧0->1这条边刚刚松弛过,使得使得dist[1]不再是∞;同理,我们在松弛2->3这条边的时候,敲好1->2这条边刚刚被松弛过,使得dist[2]不是∞。


---


下面,我们看这个例子:

3 -> 2 -> 1 -> 0

其中3->2的权值为1;2->1的权值为1;1->0的权值为1。起始点为3;终止点为0。

初始:dist[3] = 0; dist[2] = ∞; dist[1] = ∞; dist[0] = ∞。


第一轮松弛:

首先,0没有邻边,看1的邻边。

松弛1->0这条边,不可以松弛,因为dist[1]=∞!

看2的邻边,2->1这条边,不可以松弛,因为 dist[2]=∞!

看3的邻边,3->2这条边,可以松弛,得到:

dist[3] = 0; dist[2] = 1; dist[1] = ∞; dist[3] = ∞

第一轮松弛结束!


第二轮松弛:

首先,0没有邻边,看1的邻边。

松弛1->0这条边,不可以松弛,因为dist[1]=∞!

看2的邻边,2->1这条边,可以松弛,得到:

dist[3] = 0; dist[2] = 1; dist[1] = 2; dist[3] = ∞

看3的邻边,3->2这条边,可以松弛,得到:

dist[3] = 0; dist[2] = 1; dist[1] = 2; dist[3] = ∞ (在这里是一次重复松弛)

第二轮松弛结束!


第三轮松弛:

首先,0没有邻边,看1的邻边。

松弛1->0这条边,现在可以松弛了,得到:

dist[3] = 0; dist[2] = 1; dist[1] = 2; dist[3] = 3

看2的邻边,2->1这条边,可以松弛,得到:

dist[3] = 0; dist[2] = 1; dist[1] = 2; dist[3] = 3(在这里是一次重复松弛)

看3的邻边,3->2这条边,可以松弛,得到:

dist[3] = 0; dist[2] = 1; dist[1] = 2; dist[3] = 3 (在这里是一次重复松弛)

第三轮松弛结束!


至此,三轮松弛后,我们才能得到从3->0的最短路径。

仔细观察,在这个例子里,每一轮结束后,我们得到就是从src(3)到每个顶点,经过k步后所能得到的最短路径。(∞表示不可抵达)


当然,这个例子比较极端。在实际情况下,还有很多情况,都会让松弛操作1轮不能得到最终答案。虽然松弛一轮可能就得到了答案,但也可能无法得到答案。但松弛V-1轮,是一定可以获得最终答案的。这是最保守的情况。你也可以试试,随机生成一个图,然后将松弛1轮后的结果和松弛V-1轮后的结果比较一下。在大多数情况下,应该都是不同的:)


继续加油!:)

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