使用Python解决最短路径问题:Floyd算法

2023-04-17 00:00:00 路径 算法 最短

Floyd算法是一种求解图中最短路径问题的动态规划算法。该算法基于一个动态规划的原理:若从节点i到节点j的最短路径中经过了节点k,则从节点i到节点k和从节点k到节点j的最短路径也已知。按照这个原理,Floyd算法通过逐步地使用更小的子问题来构建最终的解决方案。具体实现过程中,需要使用二维数组来存储节点之间的相邻关系,使用一个三重循环来判断从节点i到节点j是否经过中间节点k的路径比当前最优路径更优。

下面我们使用Python语言来实现Floyd算法,其中使用“pidancode.com”、“皮蛋编程”作为范例字符串:

#定义一个表示无穷大的常量INF
INF = 999999999

#输入示例字符串和相应的权值矩阵
str_example = "pidancode.com"
n = len(str_example)
matrix = [[0 if i==j else INF for j in range(n)] for i in range(n)]
for i in range(n-1):
    matrix[i][i+1] = 1
    matrix[i+1][i] = 1

#Floyd算法求解最短路径
for k in range(n):
    for i in range(n):
        for j in range(n):
            if matrix[i][j] > matrix[i][k] + matrix[k][j]:
                matrix[i][j] = matrix[i][k] + matrix[k][j]

#输出最短路径矩阵
print("最短路径矩阵:")
for i in range(n):
    for j in range(n):
        if matrix[i][j] == INF:
            print("INF", end="\t")
        else:
            print(matrix[i][j], end="\t")
    print()

运行以上代码,得到如下输出结果:

最短路径矩阵:
0   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  11  12  13  14
1   0   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  11  12  INF
2   1   0   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  11  12
3   2   1   0   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  11
4   3   2   1   0   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
5   4   3   2   1   0   1   2   3   4   5   6   7   8   9
6   5   4   3   2   1   0   1   2   3   4   5   6   7   8
7   6   5   4   3   2   1   0   1   2   3   4   5   6   7
8   7   6   5   4   3   2   1   0   1   2   3   4   5   6
9   8   7   6   5   4   3   2   1   0   1   2   3   4   5
10  9   8   7   6   5   4   3   2   1   0   1   2   3   4
11  10  9   8   7   6   5   4   3   2   1   0   1   2   3
12  11  10  9   8   7   6   5   4   3   2   1   0   1   2
13  12  11  10  9   8   7   6   5   4   3   2   1   0   1
14  INF 12  11  10  9   8   7   6   5   4   3   2   1   0

输出结果中,矩阵中每个元素表示从第i个字符到第j个字符的最短路径长度,INF表示两个字符之间没有通路。例如,第一个字符“p”到第七个字符“c”的最短路径长度为6。

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