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详解Java Bellman-Ford算法原理及实现

一 点睛

如果遇到负权边,则在没有负环(回路的权值之和为负)存在时,可以采用 Bellman-Ford 算法求解最短路径。该算法的优点是变的权值可以是负数、实现简单,缺点是时间复杂度过高。但是该算法可以进行若干种优化,以提高效率。

Bellman-Ford 算法与 Dijkstra 算法类似,都是以松弛操作作为基础。Dijkstra 算法以贪心法选取未被处理的具有最小权值的节点,然后对其进行松弛操作;而 Bellman-Ford 算法对所有边都进行松弛操作,共 n-1 次。因为负环可以无限制地减少最短路径长度,所以吐过发现第 n 次操作仍然可松弛,则一定存在负环。Bellman-Ford 算法最长运行时间为O(nm),其中 n 和 m 分别是节点数和边数。

二 算法步骤

1 数据结构

因为需要利用边进行松弛,因此采用边集数组存储。每条边都有三个域:两个端点a和b,以及边权w

2 松弛操作

对所有的边 j(a,b,w),如果 dis[e[j]b]>dis[e[j].a]+e[j].w,则松弛,另 dis[e[j]b]=dis[e[j].a]+e[j].w。其中,dis[v] 表示从源点到节点 v 的最短路径长度。

3 重复松弛操作 n-1 次

4 负环判断

再执行一次松弛操作,如果仍然可以松弛,则说明右负环。

三 算法实现

四 测试

1 没有负环的测试

2 有负环的测试

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