我从许多资料中获悉,如果使用幼稚的方法来获取min元素(线性搜索),Dijkstra的最短路径也将以O(V ^ 2)复杂度运行。但是,如果使用优先级队列,则可以将其优化为O(VLogV),因为此数据结构将在O(1)时间返回min元素,但是在删除min元素之后需要O(LogV)时间来恢复堆属性。
我已经在以下链接中针对UVA问题的以下代码中实现了Dijkstra的算法:https : //uva.onlinejudge.org/index.php?option=com_onlinejudge&Itemid=8&category=16&page=show_problem&problem =1927:
#include<iostream> #include<vector> #include <climits> #include <cmath> #include <set> using namespace std; #define rep(a,b,c) for(int c=a;c<b;c++) typedef std::vector<int> VI; typedef std::vector<VI> VVI; struct cmp { bool operator()(const pair<int,int> &a,const pair<int,int> &b) const { return a.second < b.second; } }; void sp(VVI &graph,set<pair<int,int>,cmp> &minv,VI &ans,int S,int T) { int e = -1; minv.insert(pair<int,int>(S,0)); rep(0,graph.size() && !minv.empty() && minv.begin()->first != T,s) { e = minv.begin()->first; minv.erase(minv.begin()); int nb = 0; rep(0,graph[e].size(),d) { nb = d; if(graph[e][d] != INT_MAX && ans[e] + graph[e][d] < ans[d]) { set<pair<int,int>,cmp>::iterator si = minv.find(pair<int,int>(d,ans[d])); if(si != minv.end()) minv.erase(*si); ans[d] = ans[e] + graph[e][d]; minv.insert(pair<int,int>(d,ans[d])); } } } } int main(void) { int cc = 0,N = 0,M = 0,S = -1,T = -1,A=-1,B=-1,W=-1; VVI graph; VI ans; set<pair<int,int>,cmp> minv; cin >> cc; rep(0,cc,i) { cin >> N >> M >> S >> T; graph.clear(); ans.clear(); graph.assign(N,VI()); ans.assign(graph.size(),INT_MAX); minv.clear(); rep(0,N,j) { graph[j].assign(N,INT_MAX); } ans[S] = 0; graph[S][S] = 0; rep(0,M,j) { cin >> A >> B >> W; graph[A][B] = min(W,graph[A][B]); graph[B][A] = min(W,graph[B][A]); } sp(graph,minv,ans,S,T); cout << "Case #" << i + 1 << ": "; if(ans[T] != INT_MAX) cout << ans[T] << endl; else cout << "unreachable" << endl; } }
根据我的分析,我的算法具有O(VLogV)复杂度。STL std :: set被实现为二进制搜索树。此外,该集合也被排序。因此,从中获取的最小元素为O(1),插入和删除的每个元素均为O(LogV)。但是,我仍然可以从这个问题中获得一个TLE,根据给定的时间限制,该问题应该可以在O(VLogV)中解决。
这使我思考得更深。如果所有节点都互连在一起,以使每个顶点V具有V-1邻居,该怎么办?因为每个顶点必须每个回合都查看V-1,V-2,V-3 …节点,这会使Dijkstra的算法在O(V ^ 2)中运行吗?
再三考虑,我可能会误解最坏情况下的复杂性。有人可以在以下问题上给我建议:
编辑:
我意识到我的程序毕竟不能在O(ElogV)中运行。瓶颈是由我在O(V ^ 2)中运行的输入处理引起的。dijkstra部分确实在(ElogV)中运行。
为了了解Dijkstra算法的时间复杂度,我们需要研究对用于实现Frontier集的数据结构(即minv算法中使用的数据结构)执行的操作:
minv
有O(|V|)插入,O(|E|)更新,O(|V|)对算法的整个过程中的数据结构发生查找/删除最低金额的总额。
O(|V|)
O(|E|)
最初,Dijkstra使用未排序的数组实现了Frontier集。因此,它O(1)用于“插入和更新”,但是O(|V|)对于“查找/删除”最小值,导致O(|E| + |V|^2),但由于|E| < |V|^2,所以具有O(|V|^2)。
O(1)
O(|E| + |V|^2)
|E| < |V|^2
O(|V|^2)
如果使用二进制min-heap来实现Frontier集,则log(|v|)所有操作都必须具有,结果为O(|E|log|V| + |V|log|V|),但是由于合理假设|E| > |V|,您具有O(|E|log|V|)。
log(|v|)
O(|E|log|V| + |V|log|V|)
|E| > |V|
O(|E|log|V|)
然后是Fibonacci堆,您已将O(1)“插入/更新/查找”的最小O(log|V|)时间摊销了,但将“删除”的最小时间摊销了,这为您提供O(|E| + |V|log|V|)了Dijkstra算法的当前最著名的时间范围。
O(log|V|)
O(|E| + |V|log|V|)
最后,O(|V|log|V|)如果(|V|log|V| < |E|),则不可能在最坏的情况下解决单源最短路径问题的算法,因为问题具有较低的下限时间,O(|E| + |V|)即您需要检查每个顶点和边至少一次以解决问题。
O(|V|log|V|)
(|V|log|V| < |E|)
O(|E| + |V|)