Bellman-Ford算法和Dijkstra算法分别适用的情况有何不同?

2023-11-10

Bellman-Ford算法和Dijkstra算法分别适用的情况有何不同?

Bellman-Ford

求单源最短路,可以判断有无负权回路(若有,则不存在最短路),时效性较好,时间复杂度O(VE)。Bellman-Ford算法是求解单源最短路径问题的一种算法。

单源点的最短路径问题是指:

给定一个加权有向图G和源点s,对于图G中的任意一点v,求从s到v的最短路径。

bellman-ford算法进行n-1次更新(一次更新是指用所有节点进行一次松弛操作)来找到到所有节点的单源最短路。bellman-ford算法和dijkstra其实有点相似,该算法能够保证每更新一次都能确定一个节点的最短路,但与dijkstra不同的是,并不知道是那个节点的最短路被确定了,只是知道比上次多确定一个,这样进行n-1次更新后所有节点的最短路都确定了(源点的距离本来就是确定的)。

bellman-ford的一个优势是可以用来判断是否存在负环,在不存在负环的情况下,进行了n-1次所有边的更新操作后每个节点的最短距离都确定了,再用所有边去更新一次不会改变结果。而如果存在负环,最后再更新一次会改变结果。原因是之前是假定了起点的最短距离是确定的并且是最短的,而又负环的情况下这个假设不再成立。

Dijkstra

求单源、无负权的最短路。时效性较好,时间复杂度为O(V*V+E)。源点可达的话,O(V*lgV+E*lgV)=>O(E*lgV)。

当是稀疏图的情况时,此时E=V*V/lgV,所以算法的时间复杂度可为O(V^2) 。若是斐波那契堆作优先队列的话,算法时间复杂度,则为O(V*lgV + E)。

dijkstra算法本质上算是贪心的思想,每次在剩余节点中找到离起点最近的节点放到队列中,并用来更新剩下的节点的距离,再将它标记上表示已经找到到它的最短路径,以后不用更新它了。这样做的原因是到一个节点的最短路径必然会经过比它离起点更近的节点,而如果一个节点的当前距离值比任何剩余节点都小,那么当前的距离值一定是最小的。(剩余节点的距离值只能用当前剩余节点来更新,因为求出了最短路的节点之前已经更新过了) 
dijkstra就是这样不断从剩余节点中拿出一个可以确定最短路径的节点最终求得从起点到每个节点的最短距离。

 

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