python實現(xiàn)狄克斯特拉算法
一、簡介
是從一個頂點到其余各頂點的最短路徑算法,解決的是有向圖中最短路徑問題。迪杰斯特拉算法主要特點是以起始點為中心向外層層擴展,直到擴展到終點為止
二、步驟
(1) 找出“最便宜”的節(jié)點,即可在最短時間內(nèi)到達的節(jié)點。
(2) 更新該節(jié)點的鄰居的開銷,其含義將稍后介紹。
(3) 重復這個過程,直到對圖中的每個節(jié)點都這樣做了。
(4) 計算最終路徑。
三、圖解

上圖中包括5個節(jié)點,箭頭表示方向,線上的數(shù)字表示消耗時間。
首先根據(jù)上圖做出一個初始表(父節(jié)點代表從哪個節(jié)點到達該節(jié)點):

然后從“起點”開始,根據(jù)圖中的信息更新一下表,由于從“起點”不能直接到達“終點”節(jié)點,所以耗時為∞(無窮大):

有了這個表我們可以根據(jù)算法的步驟往下進行了。
第一步:找出“最便宜”的節(jié)點,這里是節(jié)點B:

第二步:更新該節(jié)點的鄰居的開銷,根據(jù)圖從B出發(fā)可以到達A和“終點”節(jié)點,B目前的消耗2+B到A的消耗3=5,5小于原來A的消耗6,所以更新節(jié)點A相關的行:

同理,B目前消耗2+B到End的消耗5=7,小于∞,更新“終點”節(jié)點行:

B節(jié)點關聯(lián)的節(jié)點已經(jīng)更新完成,所以B節(jié)點不在后面的更新范圍之內(nèi)了:

找到下一個消耗最小的節(jié)點,那就是A節(jié)點:

根據(jù)A節(jié)點的消耗更新關聯(lián)節(jié)點,只有End節(jié)點行被更新了:

這時候A節(jié)點也不在更新節(jié)點范圍之內(nèi)了:

最終表的數(shù)據(jù)如下:

根據(jù)最終表,從“起點”到“終點”的最少消耗是6,路徑是起點->B->A->終點.
四、代碼實現(xiàn)
# -*-coding:utf-8-*-
# 用散列表實現(xiàn)圖的關系
# 創(chuàng)建節(jié)點的開銷表,開銷是指從"起點"到該節(jié)點的權重
graph = {}
graph["start"] = {}
graph["start"]["a"] = 6
graph["start"]["b"] = 2
graph["a"] = {}
graph["a"]["end"] = 1
graph["b"] = {}
graph["b"]["a"] = 3
graph["b"]["end"] = 5
graph["end"] = {}
# 無窮大
infinity = float("inf")
costs = {}
costs["a"] = 6
costs["b"] = 2
costs["end"] = infinity
# 父節(jié)點散列表
parents = {}
parents["a"] = "start"
parents["b"] = "start"
parents["end"] = None
# 已經(jīng)處理過的節(jié)點,需要記錄
processed = []
# 找到開銷最小的節(jié)點
def find_lowest_cost_node(costs):
# 初始化數(shù)據(jù)
lowest_cost = infinity
lowest_cost_node = None
# 遍歷所有節(jié)點
for node in costs:
# 該節(jié)點沒有被處理
if not node in processed:
# 如果當前節(jié)點的開銷比已經(jīng)存在的開銷小,則更新該節(jié)點為開銷最小的節(jié)點
if costs[node] < lowest_cost:
lowest_cost = costs[node]
lowest_cost_node = node
return lowest_cost_node
# 找到最短路徑
def find_shortest_path():
node = "end"
shortest_path = ["end"]
while parents[node] != "start":
shortest_path.append(parents[node])
node = parents[node]
shortest_path.append("start")
return shortest_path
# 尋找加權的最短路徑
def dijkstra():
# 查詢到目前開銷最小的節(jié)點
node = find_lowest_cost_node(costs)
# 只要有開銷最小的節(jié)點就循環(huán)(這個while循環(huán)在所有節(jié)點都被處理過后結(jié)束)
while node is not None:
# 獲取該節(jié)點當前開銷
cost = costs[node]
# 獲取該節(jié)點相鄰的節(jié)點
neighbors = graph[node]
# 遍歷當前節(jié)點的所有鄰居
for n in neighbors.keys():
# 計算經(jīng)過當前節(jié)點到達相鄰結(jié)點的開銷,即當前節(jié)點的開銷加上當前節(jié)點到相鄰節(jié)點的開銷
new_cost = cost + neighbors[n]
# 如果經(jīng)當前節(jié)點前往該鄰居更近,就更新該鄰居的開銷
if new_cost < costs[n]:
costs[n] = new_cost
#同時將該鄰居的父節(jié)點設置為當前節(jié)點
parents[n] = node
# 將當前節(jié)點標記為處理過
processed.append(node)
# 找出接下來要處理的節(jié)點,并循環(huán)
node = find_lowest_cost_node(costs)
# 循環(huán)完畢說明所有節(jié)點都已經(jīng)處理完畢
shortest_path = find_shortest_path()
shortest_path.reverse()
print(shortest_path)
# 測試
dijkstra()
以上就是本文的全部內(nèi)容,希望對大家的學習有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。
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