|
| 1 | +package MaxflowMincut; |
| 2 | + |
| 3 | +import java.io.InputStream; |
| 4 | +import java.text.DecimalFormat; |
| 5 | +import java.util.ArrayList; |
| 6 | +import java.util.List; |
| 7 | +import java.util.Scanner; |
| 8 | + |
| 9 | + |
| 10 | + |
| 11 | +/** |
| 12 | + * Dijkstra算法求单源最短路径。 |
| 13 | + * @author liyafei |
| 14 | + * |
| 15 | + */ |
| 16 | +public class DijkstraAlgorithm { |
| 17 | + protected Node[] graph; // 以数组的方式存储图,需要初始化指定数组的长度 |
| 18 | + protected List<Node> list = new ArrayList<Node>(); // 以数组列表的形式存放图,可以不用初始化,直接添加 |
| 19 | + Graph graphObj=new Graph(100,0); |
| 20 | + protected int maxSize; |
| 21 | + protected int gSize; |
| 22 | + public int count = 1; |
| 23 | + public double[][] weights; |
| 24 | + double[] smallWeight; |
| 25 | + int v=0; //定义一个常量,用于记录最小点数 |
| 26 | + |
| 27 | + List<List> list2=new ArrayList<>(); //这个列表中的元素为列表,元素列表用来记录查询最短路径过程中, |
| 28 | + //保存每个节点被查询到之前所经历的路径的。 |
| 29 | + |
| 30 | + /** |
| 31 | + * 构造函数 |
| 32 | + * @param maxSize |
| 33 | + * @param gSize |
| 34 | + */ |
| 35 | + public DijkstraAlgorithm(int maxSize, int gSize) { |
| 36 | + this.maxSize = maxSize; |
| 37 | + this.gSize = gSize; |
| 38 | + graph = new Node[maxSize]; //存放节点的数组初始化,可以用List代替。 |
| 39 | + } |
| 40 | + |
| 41 | + /** |
| 42 | + * 图中的节点 |
| 43 | + * |
| 44 | + * @author liyafei |
| 45 | + * |
| 46 | + * @param <> 节点中的泛型 有三个属性,下一节点,关键字,两个节点之间的权重, 权重应该以矩阵的方式存储(也就是一个二维数组) |
| 47 | + * 可以使用一个开始值(start)和结束值(end)来代表权重(weight)是哪两个节点的。 |
| 48 | + * 例如:start=2,end=4,weight=8,那么表示2号节点和4号节点之间的权重值为8; |
| 49 | + * 可以在data.txt里面每个相邻节点后面跟上权重值。 如果求最短距离时,可以用sumWeight记录到该节点总距离的最短距离 |
| 50 | + * 在执行广度优先搜索或者深度优先搜索时,可以用color标记每个节点的颜色,代表每个节点是否已经被搜索过。 |
| 51 | + */ |
| 52 | + public class Node { |
| 53 | + double weight; |
| 54 | + Node link; |
| 55 | + int key; |
| 56 | + int start; |
| 57 | + int end; |
| 58 | + double sumWeight=0; |
| 59 | + String color="WHITE"; |
| 60 | + } |
| 61 | + |
| 62 | + /** |
| 63 | + * 得到创建的带有权重的图,读出相邻节点之间的距离,然后存储到二维数组weights中。 |
| 64 | + * 权重图的大小比节点多1,但是角标为0的位置都没用,为了处理存储的位置与节点的编号相一致 |
| 65 | + */ |
| 66 | + public double[][] getWeightArray(){ |
| 67 | + weights=new double[list.size()][list.size()]; |
| 68 | + for (int i = 0; i < list.size(); i++) { |
| 69 | + Node node=(Node) list.get(i); |
| 70 | + while(node!=null){ |
| 71 | + int row=node.start-1; |
| 72 | + int col=node.end-1; |
| 73 | + double weight=node.weight; |
| 74 | + weights[row][col]=weight; |
| 75 | + node=node.link; |
| 76 | + } |
| 77 | + } |
| 78 | + return weights; |
| 79 | + } |
| 80 | + |
| 81 | + /** |
| 82 | + * 根据权重数组,求最短路径。找出给定节点到所有节点的最短路径 |
| 83 | + * 单源节点到其它所有节点的最短距离。 |
| 84 | + */ |
| 85 | + public List shortestPathOfBFS(int vertex,int end){ |
| 86 | +// int v=0; //定义一个常量,用于记录最小点数 |
| 87 | + double minWeight;//定义一个常量,记录最小权重 |
| 88 | + double[][] weis=getWeightArray(); |
| 89 | + |
| 90 | + int vertexNum=weis.length; |
| 91 | + int k=weis[vertex].length; |
| 92 | + smallWeight=new double[k]; |
| 93 | + for (int i = 0; i < smallWeight.length; i++) { |
| 94 | + smallWeight[i]=weights[vertex][i];//将与vertex相邻节点的距离复制出来 |
| 95 | + } |
| 96 | + boolean[] weightFound=new boolean[vertexNum]; |
| 97 | + for (int i = 0; i < weightFound.length; i++) { |
| 98 | + weightFound[i]=false; |
| 99 | + List li=new ArrayList<>(); |
| 100 | + li.add(vertex); |
| 101 | + list2.add(li); |
| 102 | + } |
| 103 | + weightFound[vertex]=true; |
| 104 | + smallWeight[vertex]=0; //源节点到源节点的距离设为0 |
| 105 | + |
| 106 | + for (int i = 0; i < weightFound.length; i++) { |
| 107 | + minWeight=Double.MAX_VALUE; |
| 108 | + for (int j = 0; j < weightFound.length; j++) { |
| 109 | + if(!weightFound[j]){ |
| 110 | + if(smallWeight[j]<minWeight && smallWeight[j]>0){ |
| 111 | + v=j; |
| 112 | + minWeight=smallWeight[v]; //与vertex相邻的节点最小距离,每次找到一个最小值。 |
| 113 | + } |
| 114 | + } |
| 115 | + } |
| 116 | + list2.get(v).add(v); |
| 117 | + weightFound[v]=true; //最小的距离标记 |
| 118 | + if(v==end){ //找到终点之后就结束。 |
| 119 | + //System.out.println(v); |
| 120 | + break; |
| 121 | + } |
| 122 | + |
| 123 | + for (int j = 0; j < weightFound.length; j++) { |
| 124 | + if(!weightFound[j]){ |
| 125 | + if(minWeight+weis[v][j]<smallWeight[j]){ //如果从源点到v点加上从v点到j点的值,与从源点到j点值比较大小。 |
| 126 | + smallWeight[j]=minWeight+weis[v][j]; |
| 127 | + |
| 128 | + //(v,j)的值记录下来,这是从源节点到j节点经过的路径为v。 |
| 129 | + list2.get(j).add(v); |
| 130 | + } |
| 131 | + } |
| 132 | + } |
| 133 | + |
| 134 | + } |
| 135 | + return list2; |
| 136 | + } |
| 137 | + |
| 138 | + /** |
| 139 | + * 打印BFS最短距离 |
| 140 | + * @param vertex 顶点 |
| 141 | + * @param end 终点 |
| 142 | + */ |
| 143 | + public void printShortestPathOfBFS(int vertex,int end){ |
| 144 | + shortestPathOfBFS(vertex,end); |
| 145 | + DecimalFormat twoDigits=new DecimalFormat("0.00"); |
| 146 | +// System.out.println("source vertex"+vertex); |
| 147 | +// System.out.println("shortest distance from the source to each vertex"); |
| 148 | +//// for (int i = 0; i < list.size(); i++) { |
| 149 | +// System.out.println(" "+(i)+"\t\t"+twoDigits.format(smallWeight[i])); |
| 150 | +// System.out.println(" "); |
| 151 | +// } |
| 152 | + System.out.println(); |
| 153 | + System.out.println("从源点"+vertex+"到终点"+end+"的最短距离 "+"\t\t"+twoDigits.format(smallWeight[v])); |
| 154 | + System.out.println("经过的路径"); |
| 155 | + for (int i = 0; i < list2.get(end).size(); i++) { |
| 156 | + System.out.println(list2.get(end).get(i));//依次打印从源节点到终点的路径。 |
| 157 | + } |
| 158 | + |
| 159 | + double d=minValueofPath(list2.get(end));//将这条路径上的最小值找出,用于求最大流最小割问题。 |
| 160 | + System.out.println("路径上的容量最小值"+d); |
| 161 | + } |
| 162 | + |
| 163 | + /** |
| 164 | + * 找出源节点到终止节点路径上的最小容量。 |
| 165 | + * @param list3 存放源节点到终止节点路径上节点的列表 |
| 166 | + * @return 源节点到终止节点路径上最小容量 |
| 167 | + */ |
| 168 | + public double minValueofPath(List list3) { |
| 169 | + // TODO Auto-generated method stub |
| 170 | + double d =Double.MAX_VALUE; |
| 171 | + double weight; |
| 172 | + for (int i = 0; i < list3.size()-1; i++) { |
| 173 | + weight=weights[(int) list3.get(i)][(int) list3.get(i+1)]; |
| 174 | + if(weight<d){ |
| 175 | + d=weight; |
| 176 | + } |
| 177 | + } |
| 178 | + return d; |
| 179 | + } |
| 180 | + |
| 181 | + /** |
| 182 | + * 得到链表的长度 |
| 183 | + * @param node |
| 184 | + * @return |
| 185 | + */ |
| 186 | + public int getLength(Node node){ |
| 187 | + int length=0; |
| 188 | + while(node.link!=null){ |
| 189 | + node=node.link; |
| 190 | + length++; |
| 191 | + } |
| 192 | + return length; |
| 193 | + } |
| 194 | + |
| 195 | + /** |
| 196 | + * 创建图,以链表的方式创建图 |
| 197 | + * |
| 198 | + * @return 返回图的链表形式,其中数组中每个位置是一个顶点的链表 |
| 199 | + */ |
| 200 | + // public Node[] createGraph(){ |
| 201 | + public List createGraph() { |
| 202 | + Class clazz = this.getClass(); |
| 203 | + InputStream ins = clazz.getResourceAsStream("/data.txt"); // 通过外部数据创建链表,使用/加载src目录下的文件 |
| 204 | + // 不使用/是加载类路径下的文件 |
| 205 | + Scanner scanner = new Scanner(ins); // 流输入。 |
| 206 | + while (scanner.hasNextLine()) { |
| 207 | + String s = scanner.nextLine(); |
| 208 | + Scanner oneLine = new Scanner(s); |
| 209 | + Node first = null; |
| 210 | + Node newNode = null, last = null; |
| 211 | + while (oneLine.hasNext()) { |
| 212 | + String s1 = oneLine.next(); |
| 213 | + |
| 214 | + int num = Integer.parseInt(s1); |
| 215 | + if (num == 999) |
| 216 | + break; |
| 217 | + newNode = new Node(); |
| 218 | + |
| 219 | + if (first != null && oneLine.hasNext()) { // 创建first之后,读取下一节点时再读取权重 |
| 220 | + String s2 = oneLine.next();// 读取权重 |
| 221 | + double weight = Double.parseDouble(s2); |
| 222 | + newNode.weight = weight; |
| 223 | + newNode.end = num; |
| 224 | + } |
| 225 | + |
| 226 | + // newNode.key=num; // 被 newNode.end=num;代替了 |
| 227 | + |
| 228 | + newNode.start = count; |
| 229 | + |
| 230 | + newNode.link = null; |
| 231 | + if (first == null) { |
| 232 | + newNode.weight = 0; |
| 233 | + newNode.end = count; |
| 234 | + first = newNode; |
| 235 | + last = newNode; |
| 236 | + } else { |
| 237 | + last.link = newNode; |
| 238 | + last = newNode; |
| 239 | + } |
| 240 | + } |
| 241 | + graph[count] = first; |
| 242 | + list.add(first); |
| 243 | + count++; |
| 244 | + } |
| 245 | + return list; |
| 246 | + } |
| 247 | + |
| 248 | + /** |
| 249 | + * 打印构建的图,起始节点,终止节点,起始节点到终止节点的权重 |
| 250 | + */ |
| 251 | + public void printGraph(){ |
| 252 | + for (int i = 0; i < list.size(); i++) { |
| 253 | + Node node=(Node) list.get(i); |
| 254 | +// System.out.println("以第"+(i+1)+"个节点为头节点的链表"); |
| 255 | + //System.out.println(node.key); |
| 256 | + while(node!=null){ |
| 257 | +// System.out.print("起始节点"+node.start+" "); |
| 258 | +// System.out.print("终止节点"+node.end+" "); |
| 259 | +// System.out.println("起始节点到终止节点的权重"+node.weight); |
| 260 | + node=node.link; |
| 261 | + } |
| 262 | + } |
| 263 | + } |
| 264 | + /** |
| 265 | + * 打印权重图 |
| 266 | + */ |
| 267 | + public void printWeightGraph(){ |
| 268 | + double[][] weightsArray=getWeightArray(); |
| 269 | + for (int i = 0; i < weightsArray.length; i++) { |
| 270 | + System.out.println(); |
| 271 | + double[] wa=weightsArray[i]; |
| 272 | + for (int j = 0; j < wa.length; j++) { |
| 273 | + System.out.print(wa[j]+" "); |
| 274 | + } |
| 275 | + |
| 276 | + } |
| 277 | + System.out.println(); |
| 278 | + } |
| 279 | +} |
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