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通信網(wǎng)絡規(guī)劃的最短路徑(最小生成樹的2種算法介紹)
《大話數(shù)據(jù)結構》中在“圖”的那一章節(jié)有這樣一個實例:假設你是電信實施工程師,需要為一個鎮(zhèn)的九個村莊架設通信網(wǎng)絡做設計。村莊位置大致如下圖,之間連線的數(shù)字表示村與村間的可通達直線距離(個別如v0與v6,v6與v8,v5與v7未測算距離是因為有高山或湖泊,不予考慮)。你們領導要求你必須用最小的成本完成這次任務。你說怎么辦?
我之前在某家設計院也是做網(wǎng)絡規(guī)劃設計的,而且覺得很有實際意義,所以拿出來給大家分享一下。其實這個案例就是查找連通網(wǎng)的最小生成樹。這術語不懂也沒關系,我們不管它叫什么。
有人說,這還不簡單嘛,我憑著直覺就能做出來。不排除你有這種能力,有時候人類的“直覺”真的是強大,也不知道人類是如何進化到這么聰慧的。
有人說,把所有可能的方案羅列出來,再一一比對,找到最短路徑的那個方案,就行了。這確實是個好辦法,實際上我們也是這樣做的。那么怎么去羅列所有的方案呢?。
為了便于描述上面的圖,我們構造圖的鄰接矩陣。如下圖所示:
在單純的計算或者有規(guī)律的運算方面,我們很容易想到借助計算機來幫忙解決。 剛剛我提到人類的直覺是很強大的,比如有的人答題的時候直接省略了步驟得出了結果,而要他寫詳細的步驟可能他也說不太清。計算機是沒有直覺的,某些我們認為很簡單的東西她可能要運算很多次,而且你還得教她怎樣按照她自己“有限的能力”去執(zhí)行,可是往往我們不知道怎么去教計算機,也就是具體的怎樣寫代碼。
這里介紹兩種思路,也就是兩個算法:
一、一種思路是這樣的:
從v0(可以任意選定一點,這里選v0)開始,找到與其相連的最短的路徑,定義兩個一維數(shù)組a,b。a存儲相關頂點的權值(邊長度),b存儲對應的頂點。路徑(b[i],i)的權值為a[i].i為0至8的整數(shù),v0為起點至各點的權值如下所示(實際中我們用65535來代表無窮大)。
求a數(shù)組中的最小值,為10,對應的i為1,標記邊(v0,v1)并讓ai置為0,代表vi已經(jīng)納入生成路徑了(此時i為1)。
然后從v1開始,排除a[i]=0對應的頂點vi,當(v1,vi)的權值小于此時a[i]的值,將前者替換掉后者,更新a數(shù)組的值。
求a數(shù)組中的最小值,為11,對應的i為5,標記邊(v0,v5)并讓a5置為0,代表v5已經(jīng)納入生成路徑了。
然后從v5開始,排除a[i]=0對應的頂點vi,當(v5,vi)的權值小于此時a[i]的值,將前者替換掉后者,更新a數(shù)組的值。
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