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我正在尝试确定完成下述任务的最佳时间效率算法。

我有一组记录。对于这组记录,我有连接数据,指示该组中的记录对如何相互连接。这基本上表示一个无向图,记录是顶点,连接数据是边。

集合中的所有记录都具有连接信息(即不存在孤立记录;集合中的每条记录都连接到集合中的一个或多个其他记录)。

我想从集合中选择任意两条记录,并能够显示所选记录之间的所有简单路径。“简单路径”是指路径中没有重复记录的路径(即仅限有限路径)。

注意:两个选择的记录总是不同的(即开始和结束顶点永远不会相同;没有循环)。

例如:

    如果我有以下记录:
        甲、乙、丙、丁、乙

    以下代表连接:
        (A,B),(A,C),(B,A),(B,D),(B,E),(B,F),(C,A),(C,E),
        (C,F),(D,B),(E,C),(E,F),(F,B),(F,C),(F,E)

        [其中 (A,B) 表示记录 A 连接到记录 B]

如果我选择 B 作为我的开始记录,E 作为我的结束记录,我希望找到所有通过记录连接的简单路径,这些路径将记录 B 连接到记录 E。

   连接 B 到 E 的所有路径:
      B->E
      B->F->E
      B->F->C->E
      B->A->C->E
      B->A->C->F->E

这是一个例子,实际上我可能有包含数十万条记录的集合。

4

16 回答 16

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看来这可以通过图形的深度优先搜索来完成。深度优先搜索将找到两个节点之间的所有非循环路径。该算法应该非常快并且可以扩展到大型图形(图形数据结构是稀疏的,因此它只使用所需的内存)。

我注意到您在上面指定的图形只有一个有方向的边(B,E)。这是一个错字还是真的是一个有向图?该解决方案无论如何都有效。抱歉,我无法在 C 语言中做到这一点,我在这方面有点弱。不过,我希望您能够毫不费力地翻译这段 Java 代码。

图.java:

import java.util.HashMap;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.LinkedList;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

public class Graph {
    private Map<String, LinkedHashSet<String>> map = new HashMap();

    public void addEdge(String node1, String node2) {
        LinkedHashSet<String> adjacent = map.get(node1);
        if(adjacent==null) {
            adjacent = new LinkedHashSet();
            map.put(node1, adjacent);
        }
        adjacent.add(node2);
    }

    public void addTwoWayVertex(String node1, String node2) {
        addEdge(node1, node2);
        addEdge(node2, node1);
    }

    public boolean isConnected(String node1, String node2) {
        Set adjacent = map.get(node1);
        if(adjacent==null) {
            return false;
        }
        return adjacent.contains(node2);
    }

    public LinkedList<String> adjacentNodes(String last) {
        LinkedHashSet<String> adjacent = map.get(last);
        if(adjacent==null) {
            return new LinkedList();
        }
        return new LinkedList<String>(adjacent);
    }
}

搜索.java:

import java.util.LinkedList;

public class Search {

    private static final String START = "B";
    private static final String END = "E";

    public static void main(String[] args) {
        // this graph is directional
        Graph graph = new Graph();
        graph.addEdge("A", "B");
        graph.addEdge("A", "C");
        graph.addEdge("B", "A");
        graph.addEdge("B", "D");
        graph.addEdge("B", "E"); // this is the only one-way connection
        graph.addEdge("B", "F");
        graph.addEdge("C", "A");
        graph.addEdge("C", "E");
        graph.addEdge("C", "F");
        graph.addEdge("D", "B");
        graph.addEdge("E", "C");
        graph.addEdge("E", "F");
        graph.addEdge("F", "B");
        graph.addEdge("F", "C");
        graph.addEdge("F", "E");
        LinkedList<String> visited = new LinkedList();
        visited.add(START);
        new Search().depthFirst(graph, visited);
    }

    private void depthFirst(Graph graph, LinkedList<String> visited) {
        LinkedList<String> nodes = graph.adjacentNodes(visited.getLast());
        // examine adjacent nodes
        for (String node : nodes) {
            if (visited.contains(node)) {
                continue;
            }
            if (node.equals(END)) {
                visited.add(node);
                printPath(visited);
                visited.removeLast();
                break;
            }
        }
        for (String node : nodes) {
            if (visited.contains(node) || node.equals(END)) {
                continue;
            }
            visited.addLast(node);
            depthFirst(graph, visited);
            visited.removeLast();
        }
    }

    private void printPath(LinkedList<String> visited) {
        for (String node : visited) {
            System.out.print(node);
            System.out.print(" ");
        }
        System.out.println();
    }
}

程序输出:

B E 
B A C E 
B A C F E 
B F E 
B F C E 
于 2008-09-12T07:25:43.867 回答
24

美国国家标准与技术研究院 (NIST) 在线算法和数据结构词典将此问题列为“所有简单路径”,并建议进行深度优先搜索。CLRS 提供相关算法。

在这里可以找到使用 Petri 网的巧妙技术

于 2008-09-16T19:20:44.037 回答
13

这是我想出的伪代码。这不是任何特定的伪代码方言,但应该足够简单易懂。

任何人都想把这个分开。

  • [p] 是表示当前路径的顶点列表。

  • [x] 是满足条件的路径列表

  • [s] 是源顶点

  • [d] 是目标顶点

  • [c] 是当前顶点(PathFind 例程的参数)

假设有一种查找相邻顶点的有效方法(第 6 行)。

     1 路径列表 [p]
     2 ListOfPathLists [x]
     3 个顶点 [s]、[d]

     4 寻路(顶点[c])
     5 将 [c] 添加到列表 [p] 的尾部
     6 对于与 [c] 相邻的每个顶点 [v]
     7 如果 [v] 等于 [d] 则
     8 在 [x] 中保存列表 [p]
     9 Else 如果 [v] 不在列表 [p] 中
    10 寻路([v])
    11 下一个
    12 从 [p] 中删除尾部
    13 返回
于 2008-09-12T07:48:29.787 回答
8

由于这个答案中给出的现有非递归 DFS 实现似乎被破坏了,让我提供一个真正有效的实现。

我已经用 Python 编写了这个,因为我发现它非常易读并且没有实现细节(并且因为它有yield用于实现generators的方便关键字),但它应该很容易移植到其他语言。

# a generator function to find all simple paths between two nodes in a
# graph, represented as a dictionary that maps nodes to their neighbors
def find_simple_paths(graph, start, end):
    visited = set()
    visited.add(start)

    nodestack = list()
    indexstack = list()
    current = start
    i = 0

    while True:
        # get a list of the neighbors of the current node
        neighbors = graph[current]

        # find the next unvisited neighbor of this node, if any
        while i < len(neighbors) and neighbors[i] in visited: i += 1

        if i >= len(neighbors):
            # we've reached the last neighbor of this node, backtrack
            visited.remove(current)
            if len(nodestack) < 1: break  # can't backtrack, stop!
            current = nodestack.pop()
            i = indexstack.pop()
        elif neighbors[i] == end:
            # yay, we found the target node! let the caller process the path
            yield nodestack + [current, end]
            i += 1
        else:
            # push current node and index onto stacks, switch to neighbor
            nodestack.append(current)
            indexstack.append(i+1)
            visited.add(neighbors[i])
            current = neighbors[i]
            i = 0

这段代码维护了两个并行堆栈:一个包含当前路径中较早的节点,另一个包含节点堆栈中每个节点的当前邻居索引(这样我们可以在弹出节点时恢复遍历节点的邻居堆栈)。我同样可以很好地使用单个堆栈(节点,索引)对,但我认为双堆栈方法更具可读性,并且对于其他语言的用户来说可能更容易实现。

这段代码还使用了一个单独的visited集合,它总是包含当前节点和堆栈上的任何节点,让我有效地检查一个节点是否已经是当前路径的一部分。如果您的语言碰巧有一个“有序集”数据结构,它提供了高效的类似堆栈的推送/弹出操作高效的成员资格查询,您可以将它用于节点堆栈并摆脱单独的visited集合。

或者,如果您为节点使用自定义的可变类/结构,您可以只在每个节点中存储一个布尔标志,以指示它是否已作为当前搜索路径的一部分被访问。当然,如果您出于某种原因希望这样做,此方法不会让您在同一个图上并行运行两个搜索。

下面是一些测试代码,演示了上面给出的函数是如何工作的:

# test graph:
#     ,---B---.
#     A   |   D
#     `---C---'
graph = {
    "A": ("B", "C"),
    "B": ("A", "C", "D"),
    "C": ("A", "B", "D"),
    "D": ("B", "C"),
}

# find paths from A to D
for path in find_simple_paths(graph, "A", "D"): print " -> ".join(path)

在给定的示例图上运行此代码会产生以下输出:

A -> B -> C -> D
A -> B -> D
A -> C -> B -> D
A -> C -> D

请注意,虽然这个示例图是无向的(即它的所有边都是双向的),但该算法也适用于任意有向图。例如,删除C -> B边(通过B从 的邻居列表中删除C)产生相同的输出,除了第三条路径 ( A -> C -> B -> D),这不再可能。


附言。很容易构造像这样的简单搜索算法(以及这个线程中给出的其他算法)性能很差的图。

例如,考虑在无向图上查找从 A 到 B 的所有路径的任务,其中起始节点 A 有两个邻居:目标节点 B(除 A 之外没有其他邻居)和节点 C,它是集团的一部分n +1 个节点,如下所示:

graph = {
    "A": ("B", "C"),
    "B": ("A"),
    "C": ("A", "D", "E", "F", "G", "H", "I", "J", "K", "L", "M", "N", "O"),
    "D": ("C", "E", "F", "G", "H", "I", "J", "K", "L", "M", "N", "O"),
    "E": ("C", "D", "F", "G", "H", "I", "J", "K", "L", "M", "N", "O"),
    "F": ("C", "D", "E", "G", "H", "I", "J", "K", "L", "M", "N", "O"),
    "G": ("C", "D", "E", "F", "H", "I", "J", "K", "L", "M", "N", "O"),
    "H": ("C", "D", "E", "F", "G", "I", "J", "K", "L", "M", "N", "O"),
    "I": ("C", "D", "E", "F", "G", "H", "J", "K", "L", "M", "N", "O"),
    "J": ("C", "D", "E", "F", "G", "H", "I", "K", "L", "M", "N", "O"),
    "K": ("C", "D", "E", "F", "G", "H", "I", "J", "L", "M", "N", "O"),
    "L": ("C", "D", "E", "F", "G", "H", "I", "J", "K", "M", "N", "O"),
    "M": ("C", "D", "E", "F", "G", "H", "I", "J", "K", "L", "N", "O"),
    "N": ("C", "D", "E", "F", "G", "H", "I", "J", "K", "L", "M", "O"),
    "O": ("C", "D", "E", "F", "G", "H", "I", "J", "K", "L", "M", "N"),
}

很容易看出 A 和 B 之间的唯一路径是直接路径,但是从节点 A 开始的幼稚 DFS 将浪费 O( n !) 时间无用地探索集团内的路径,即使(对人类而言)很明显这些路径都不可能通向 B。

也可以构造具有相似属性的DAG,例如,通过让起始节点 A 连接目标节点 B 和两个其他节点 C 1和 C 2,这两个节点都连接到节点 D 1和 D 2,这两个节点都连接到 E 1和 E 2,依此类推。对于这样排列的n层节点,简单地搜索从 A 到 B 的所有路径最终会浪费 O(2 n ) 时间检查所有可能的死胡同,然后再放弃。

当然,从派系中的一个节点(C 除外)或从 DAG 的最后一层向目标节点 B 添加一条边,创建从 A 到 B 的指数级大量可能路径,并且纯粹的局部搜索算法无法真正提前判断它是否会找到这样的边缘。因此,从某种意义上说,这种幼稚搜索的输出敏感性差是由于他们缺乏对图的全局结构的认识。

虽然有各种预处理方法(如迭代消除叶节点、搜索单节点顶点分隔符等)可用于避免其中一些“指数时间死胡同”,但我不知道有什么通用的在所有情况下都可以消除它们的预处理技巧。一个通用的解决方案是在搜索的每一步检查目标节点是否仍然可以访问(使用子搜索),如果不是,则尽早回溯——但是,这会显着减慢搜索速度(最坏的情况是,与图的大小成正比)对于许多包含这种病态死角的图。

于 2016-02-21T01:36:30.963 回答
5

与二楼相比,这是一个逻辑上更好看的递归版本。

public class Search {

private static final String START = "B";
private static final String END = "E";

public static void main(String[] args) {
    // this graph is directional
    Graph graph = new Graph();
    graph.addEdge("A", "B");
    graph.addEdge("A", "C");
    graph.addEdge("B", "A");
    graph.addEdge("B", "D");
    graph.addEdge("B", "E"); // this is the only one-way connection
    graph.addEdge("B", "F");
    graph.addEdge("C", "A");
    graph.addEdge("C", "E");
    graph.addEdge("C", "F");
    graph.addEdge("D", "B");
    graph.addEdge("E", "C");
    graph.addEdge("E", "F");
    graph.addEdge("F", "B");
    graph.addEdge("F", "C");
    graph.addEdge("F", "E");
    List<ArrayList<String>> paths = new ArrayList<ArrayList<String>>();
    String currentNode = START;
    List<String> visited = new ArrayList<String>();
    visited.add(START);
    new Search().findAllPaths(graph, seen, paths, currentNode);
    for(ArrayList<String> path : paths){
        for (String node : path) {
            System.out.print(node);
            System.out.print(" ");
        }
        System.out.println();
    }   
}

private void findAllPaths(Graph graph, List<String> visited, List<ArrayList<String>> paths, String currentNode) {        
    if (currentNode.equals(END)) { 
        paths.add(new ArrayList(Arrays.asList(visited.toArray())));
        return;
    }
    else {
        LinkedList<String> nodes = graph.adjacentNodes(currentNode);    
        for (String node : nodes) {
            if (visited.contains(node)) {
                continue;
            } 
            List<String> temp = new ArrayList<String>();
            temp.addAll(visited);
            temp.add(node);          
            findAllPaths(graph, temp, paths, node);
        }
    }
}
}

程序输出

B A C E 

B A C F E 

B E

B F C E

B F E 
于 2011-11-25T00:28:31.737 回答
4

C代码中的解决方案。它基于使用最少内存的 DFS。

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

#define maxN    20  

struct  nodeLink
{

    char node1;
    char node2;

};

struct  stack
{   
    int sp;
    char    node[maxN];
};   

void    initStk(stk)
struct  stack   *stk;
{
    int i;
    for (i = 0; i < maxN; i++)
        stk->node[i] = ' ';
    stk->sp = -1;   
}

void    pushIn(stk, node)
struct  stack   *stk;
char    node;
{

    stk->sp++;
    stk->node[stk->sp] = node;

}    

void    popOutAll(stk)
struct  stack   *stk;
{

    char    node;
    int i, stkN = stk->sp;

    for (i = 0; i <= stkN; i++)
    {
        node = stk->node[i];
        if (i == 0)
            printf("src node : %c", node);
        else if (i == stkN)
            printf(" => %c : dst node.\n", node);
        else
            printf(" => %c ", node);
    }

}


/* Test whether the node already exists in the stack    */
bool    InStack(stk, InterN)
struct  stack   *stk;
char    InterN;
{

    int i, stkN = stk->sp;  /* 0-based  */
    bool    rtn = false;    

    for (i = 0; i <= stkN; i++)
    {
        if (stk->node[i] == InterN)
        {
            rtn = true;
            break;
        }
    }

    return     rtn;

}

char    otherNode(targetNode, lnkNode)
char    targetNode;
struct  nodeLink    *lnkNode;
{

    return  (lnkNode->node1 == targetNode) ? lnkNode->node2 : lnkNode->node1;

}

int entries = 8;
struct  nodeLink    topo[maxN]    =       
    {
        {'b', 'a'}, 
        {'b', 'e'}, 
        {'b', 'd'}, 
        {'f', 'b'}, 
        {'a', 'c'},
        {'c', 'f'}, 
        {'c', 'e'},
        {'f', 'e'},               
    };

char    srcNode = 'b', dstN = 'e';      

int reachTime;  

void    InterNode(interN, stk)
char    interN;
struct  stack   *stk;
{

    char    otherInterN;
    int i, numInterN = 0;
    static  int entryTime   =   0;

    entryTime++;

    for (i = 0; i < entries; i++)
    {

        if (topo[i].node1 != interN  && topo[i].node2 != interN) 
        {
            continue;   
        }

        otherInterN = otherNode(interN, &topo[i]);

        numInterN++;

        if (otherInterN == stk->node[stk->sp - 1])
        {
            continue;   
        }

        /*  Loop avoidance: abandon the route   */
        if (InStack(stk, otherInterN) == true)
        {
            continue;   
        }

        pushIn(stk, otherInterN);

        if (otherInterN == dstN)
        {
            popOutAll(stk);
            reachTime++;
            stk->sp --;   /*    back trace one node  */
            continue;
        }
        else
            InterNode(otherInterN, stk);

    }

        stk->sp --;

}


int    main()

{

    struct  stack   stk;

    initStk(&stk);
    pushIn(&stk, srcNode);  

    reachTime = 0;
    InterNode(srcNode, &stk);

    printf("\nNumber of all possible and unique routes = %d\n", reachTime);

}
于 2012-02-12T08:24:28.677 回答
3

这可能晚了,但这里是来自 Casey 的 Java 中相同的 C# 版本的 DFS 算法,用于使用堆栈遍历两个节点之间的所有路径。与往常一样,递归的可读性更好。

    void DepthFirstIterative(T start, T endNode)
    {
        var visited = new LinkedList<T>();
        var stack = new Stack<T>();

        stack.Push(start);

        while (stack.Count != 0)
        {
            var current = stack.Pop();

            if (visited.Contains(current))
                continue;

            visited.AddLast(current);

            var neighbours = AdjacentNodes(current);

            foreach (var neighbour in neighbours)
            {
                if (visited.Contains(neighbour))
                    continue;

                if (neighbour.Equals(endNode))
                {
                    visited.AddLast(neighbour);
                    printPath(visited));
                    visited.RemoveLast();
                    break;
                }
            }

            bool isPushed = false;
            foreach (var neighbour in neighbours.Reverse())
            {
                if (neighbour.Equals(endNode) || visited.Contains(neighbour) || stack.Contains(neighbour))
                {
                    continue;
                }

                isPushed = true;
                stack.Push(neighbour);
            }

            if (!isPushed)
                visited.RemoveLast();
        }
    }
这是要测试的示例图:

    // 示例图。数字是边缘 id
    // 1 3       
    // A --- B --- C ----
    // | | 2 |
    // | 4 ----- D |
    // ------------------
于 2014-10-17T16:44:02.613 回答
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我最近解决了一个与此类似的问题,而不是我只对最短的解决方案感兴趣。

我使用了“广度优先”迭代搜索,它使用了一个状态队列,每个状态都包含一个记录,其中包含图表上的当前点和到达那里的路径。

您从队列中的单个记录开始,该记录具有起始节点和空路径。

代码的每一次迭代都将项目从列表的头部取出,并检查它是否是一个解决方案(到达的节点是你想要的,如果是,我们就完成了),否则,它构造一个新的具有连接到当前节点的节点的队列项,以及基于前一个节点的路径的修改路径,并在末尾附加了新的跳转。

现在,您可以使用类似的方法,但是当您找到解决方案时,不要停止,而是将该解决方案添加到您的“找到的列表”并继续。

您需要跟踪访问过的节点列表,这样您就永远不会回溯自己,否则您将陷入无限循环。

如果您想要更多伪代码发表评论或其他内容,我会详细说明。

于 2008-09-12T04:49:42.543 回答
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我认为你应该描述你背后的真正问题。我这样说是因为你要求一些时间效率高的东西,但问题的答案似乎成倍增长!

因此,我不希望有比指数算法更好的算法。

我会回溯并浏览整个图表。为了避免循环,沿途保存所有访问过的节点。当您返回时,取消标记该节点。

使用递归:

static bool[] visited;//all false
Stack<int> currentway; initialize empty

function findnodes(int nextnode)
{
if (nextnode==destnode)
{
  print currentway 
  return;
}
visited[nextnode]=true;
Push nextnode to the end of currentway.
for each node n accesible from nextnode:
  findnodes(n);
visited[nextnode]=false; 
pop from currenteay
}

或者那是错的?

编辑:哦,我忘了:您应该通过利用该节点堆栈来消除递归调用

于 2008-09-12T07:24:47.927 回答
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基本原则是您不必担心图形。这是称为动态连接问题的标准问题。有以下几种方法可以实现节点是否连接:

  1. 快速查找
  2. 快速联合
  3. 改进的算法(两者的结合)

这是我尝试过的最小时间复杂度 O(log*n) 的 C 代码,这意味着对于 65536 个边列表,它需要 4 次搜索,而对于 2^65536,它需要 5 次搜索。我正在分享我的算法实现:普林斯顿大学的算法课程

提示:您可以从上面共享的链接中找到 Java 解决方案,并附有适当的解释。

/* Checking Connection Between Two Edges */

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#define MAX 100

/*
  Data structure used

vertex[] - used to Store The vertices
size - No. of vertices
sz[] - size of child's
*/

/*Function Declaration */
void initalize(int *vertex, int *sz, int size);
int root(int *vertex, int i);
void add(int *vertex, int *sz, int p, int q);
int connected(int *vertex, int p, int q);

int main() //Main Function
{ 
char filename[50], ch, ch1[MAX];
int temp = 0, *vertex, first = 0, node1, node2, size = 0, *sz;
FILE *fp;


printf("Enter the filename - "); //Accept File Name
scanf("%s", filename);
fp = fopen(filename, "r");
if (fp == NULL)
{
    printf("File does not exist");
    exit(1);
}
while (1)
{
    if (first == 0) //getting no. of vertices
    {
        ch = getc(fp);
        if (temp == 0)
        {
            fseek(fp, -1, 1);
            fscanf(fp, "%s", &ch1);
            fseek(fp, 1, 1);
            temp = 1;
        }
        if (isdigit(ch))
        {
            size = atoi(ch1);
            vertex = (int*) malloc(size * sizeof(int));     //dynamically allocate size  
            sz = (int*) malloc(size * sizeof(int));
            initalize(vertex, sz, size);        //initialization of vertex[] and sz[]
        }
        if (ch == '\n')
        {
            first = 1;
            temp = 0;
        }
    }
    else
    {
        ch = fgetc(fp);
        if (isdigit(ch))
            temp = temp * 10 + (ch - 48);   //calculating value from ch
        else
        {
            /* Validating the file  */

            if (ch != ',' && ch != '\n' && ch != EOF)
            {
                printf("\n\nUnkwown Character Detected.. Exiting..!");

                exit(1);
            }
            if (ch == ',')
                node1 = temp;
            else
            {
                node2 = temp;
                printf("\n\n%d\t%d", node1, node2);
                if (node1 > node2)
                {
                    temp = node1;
                    node1 = node2;
                    node2 = temp;
                }

                /* Adding the input nodes */

                if (!connected(vertex, node1, node2))
                    add(vertex, sz, node1, node2);
            }
            temp = 0;
        }

        if (ch == EOF)
        {
            fclose(fp);
            break;
        }
    }
}

do
{
    printf("\n\n==== check if connected ===");
    printf("\nEnter First Vertex:");
    scanf("%d", &node1);
    printf("\nEnter Second Vertex:");
    scanf("%d", &node2);

    /* Validating The Input */

    if( node1 > size || node2 > size )
    {
        printf("\n\n Invalid Node Value..");
        break;
    }

    /* Checking the connectivity of nodes */

    if (connected(vertex, node1, node2))
        printf("Vertex %d and %d are Connected..!", node1, node2);
    else
        printf("Vertex %d and %d are Not Connected..!", node1, node2);


    printf("\n 0/1:  ");

    scanf("%d", &temp);

} while (temp != 0);

free((void*) vertex);
free((void*) sz);


return 0;
}

void initalize(int *vertex, int *sz, int size) //Initialization of graph
{
int i;
for (i = 0; i < size; i++)
{
    vertex[i] = i;
    sz[i] = 0;
}
}
int root(int *vertex, int i)    //obtaining the root
{
while (i != vertex[i])
{
    vertex[i] = vertex[vertex[i]];
    i = vertex[i];
}
return i;
}

/* Time Complexity for Add --> logn */
void add(int *vertex, int *sz, int p, int q) //Adding of node
{
int i, j;
i = root(vertex, p);
j = root(vertex, q);

/* Adding small subtree in large subtree  */

if (sz[i] < sz[j])
{
    vertex[i] = j;
    sz[j] += sz[i];
}
else
{
    vertex[j] = i;
    sz[i] += sz[j];
}

}

/* Time Complexity for Search -->lg* n */

int connected(int *vertex, int p, int q) //Checking of  connectivity of nodes
{
/* Checking if root is same  */

if (root(vertex, p) == root(vertex, q))
    return 1;

return 0;
}
于 2014-07-29T10:48:24.187 回答
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find_paths[s, t, d, k]

这个问题很老了,已经回答了。然而,没有一个可能显示出更灵活的算法来完成同样的事情。所以我会把我的帽子扔进戒指。

我个人觉得这种形式的算法find_paths[s, t, d, k]很有用,其中:

  • s 是起始节点
  • t 是目标节点
  • d 是要搜索的最大深度
  • k 是要查找的路径数

使用你的编程语言的无穷形式,d将给k你所有的路径§。

§ 显然,如果您使用的是有向图并且您想要所有无向路径之间的所有无向路径st您将不得不以两种方式运行:

find_paths[s, t, d, k] <join> find_paths[t, s, d, k]

辅助函数

我个人喜欢递归,虽然它有时会很困难,但首先让我们定义我们的辅助函数:

def find_paths_recursion(graph, current, goal, current_depth, max_depth, num_paths, current_path, paths_found)
  current_path.append(current)

  if current_depth > max_depth:
    return

  if current == goal:
    if len(paths_found) <= number_of_paths_to_find:
      paths_found.append(copy(current_path))

    current_path.pop()
    return

  else:
    for successor in graph[current]:
    self.find_paths_recursion(graph, successor, goal, current_depth + 1, max_depth, num_paths, current_path, paths_found)

  current_path.pop()

主功能

有了这些,核心功能就变得微不足道了:

def find_paths[s, t, d, k]:
  paths_found = [] # PASSING THIS BY REFERENCE  
  find_paths_recursion(s, t, 0, d, k, [], paths_found)

首先,让我们注意一些事情:

  • 上面的伪代码是语言的混搭——但最像 python(因为我只是在里面编码)。严格的复制粘贴是行不通的。
  • []是一个未初始化的列表,将其替换为您选择的编程语言的等价物
  • paths_found通过引用传递。很明显,递归函数不返回任何东西。妥善处理。
  • 这里graph假设某种形式的hashed结构。有很多方法可以实现图。无论哪种方式,都会为您提供有graph[vertex]图中的相邻顶点列表- 相应地进行调整。
  • 这假设您已进行预处理以移除“带扣”(自环)、循环和多边
于 2017-03-04T19:29:11.673 回答
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这是我脑海中的一个想法:

  1. 找到一个连接。(深度优先搜索可能是一个很好的算法,因为路径长度并不重要。)
  2. 禁用最后一段。
  3. 尝试从先前禁用的连接之前的最后一个节点找到另一个连接。
  4. 转到 2 直到没有更多的连接。
于 2008-09-12T05:11:02.630 回答
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据我所知,Ryan Fox(58343、Christian(58444)和您自己(58461)给出的解决方案都差不多。我不相信广度优先遍历在这种情况下会有所帮助,因为你会没有得到所有的路径。例如,使用边(A,B), (A,C), (B,C),你会得到路径(B,D)和,但不是。(C,D)ABDACDABCD

于 2008-09-12T08:29:27.647 回答
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我找到了一种枚举所有路径的方法,包括包含循环的无限路径。

http://blog.vjeux.com/2009/project/project-shortest-path.html

寻找原子路径和循环

Definition

我们要做的是找到从 A 点到 B 点的所有可能路径。由于涉及到循环,您不能只遍历并枚举它们。相反,您必须找到不循环的原子路径和最小的可能循环(您不希望循环重复自身)。

我对原子路径的第一个定义是不通过同一个节点两次的路径。但是,我发现这并没有采取所有的可能性。经过一番反思,我发现节点并不重要,但边缘很重要!所以原子路径是一条不经过同一条边两次的路径。

这个定义很方便,它也适用于循环:点 A 的原子循环是从点 A 到点 A 的原子路径。

执行

Atomic Paths A -> B

为了获得从点 A 开始的所有路径,我们将从点 A 递归遍历图。在遍历子节点时,我们将创建一个链接子节点 -> 父节点,以便了解我们的所有边已经越过了。在我们去那个孩子之前,我们必须遍历那个链表并确保指定的边还没有被遍历。

当我们到达目的地点时,我们可以存储我们找到的路径。

Freeing the list

当你想释放链表时会出现问题。它基本上是一棵以相反顺序链接的树。一个解决方案是双链接该列表,当找到所有原子路径时,从起​​点释放树。

但一个聪明的解决方案是使用引用计数(灵感来自垃圾收集)。每次向父级添加链接时,都会在其引用计数中添加一个。然后,当你到达路径的尽头时,当引用计数等于 1 时,你向后自由移动。如果它更高,你只需删除一个并停止。

Atomic Cycle A

寻找 A 的原子循环与寻找从 A 到 A 的原子路径相同。但是我们可以做一些优化。首先,当我们到达目的地点时,我们只想在边成本之和为负时保存路径:我们只想经历吸收循环。

如您之前所见,在寻找原子路径时正在遍历整个图。相反,我们可以将搜索区域限制在包含 A 的强连通分量。找到这些分量需要使用 Tarjan 算法对图进行简单的遍历。

结合原子路径和循环

至此,我们有了从 A 到 B 的所有原子路径以及每个节点的所有原子循环,留给我们来组织一切以获得最短路径。从现在开始,我们将研究如何在原子路径中找到原子循环的最佳组合。

于 2010-12-07T10:56:23.023 回答
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正如其他一些海报所描述的那样,简而言之,问题是使用深度优先搜索算法递归搜索图形以查找通信端节点之间的所有路径组合。

算法本身从你给它的起始节点开始,检查它的所有传出链接,并通过展开出现的搜索树的第一个子节点来进行,逐步深入搜索,直到找到目标节点,或者直到它遇到一个节点没有孩子。

然后搜索回溯,返回到尚未完成探索的最新节点。

我最近写了一篇关于这个主题的博客,在这个过程中发布了一个示例 C++ 实现。

于 2011-09-22T21:38:20.423 回答
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添加到 Casey Watson 的回答中,这是另一个 Java 实现。用起始节点初始化访问节点。

private void getPaths(Graph graph, LinkedList<String> visitedNodes) {
                LinkedList<String> adjacent = graph.getAdjacent(visitedNodes.getLast());
                for(String node : adjacent){
                    if(visitedNodes.contains(node)){
                        continue;
                    }
                    if(node.equals(END)){
                        visitedNodes.add(node);
                        printPath(visitedNodes);
                        visitedNodes.removeLast();
                    }
                    visitedNodes.add(node);
                    getPaths(graph, visitedNodes);
                    visitedNodes.removeLast();  
                }
            }
于 2016-08-26T18:39:39.993 回答