Java实现Dijkstra输出最短路径的实例

 更新时间:2017年09月22日 15:04:41   投稿:lqh  
这篇文章主要介绍了Java实现Dijkstra输出最短路径的实例的相关资料,希望通过本文能帮助到大家,需要的朋友可以参考下

Java实现Dijkstra输出指定起点到终点的最短路径

前言:

最近在公司参加了一个比赛,其中涉及的一个问题,可以简化成如是描述:一个二维矩阵,每个点都有权重,需要找出从指定起点到终点的最短路径。

马上就想到了Dijkstra算法,所以又重新温故了一遍,这里给出Java的实现。

而输出最短路径的时候,在网上也进行了查阅,没发现什么标准的方法,于是在下面的实现中,我给出了一种能够想到的比较精简的方式:利用prev[]数组进行递归输出。

package graph.dijsktra; 
 
import graph.model.Point; 
 
import java.util.*; 
 
/** 
 * Created by MHX on 2017/9/13. 
 */ 
public class Dijkstra { 
  private int[][] map; // 地图结构保存 
  private int[][] edges; // 邻接矩阵 
  private int[] prev; // 前驱节点标号 
  private boolean[] s; // S集合中存放到起点已经算出最短路径的点 
  private int[] dist; // dist[i]表示起点到第i个节点的最短路径 
  private int pointNum; // 点的个数 
  private Map<Integer, Point> indexPointMap; // 标号和点的对应关系 
  private Map<Point, Integer> pointIndexMap; // 点和标号的对应关系 
  private int v0; // 起点标号 
  private Point startPoint; // 起点 
  private Point endPoint; // 终点 
  private Map<Point, Point> pointPointMap; // 保存点和权重的映射关系 
  private List<Point> allPoints; // 保存所有点 
  private int maxX; // x坐标的最大值 
  private int maxY; // y坐标的最大值 
 
  public Dijkstra(int map[][], Point startPoint, Point endPoint) { 
    this.maxX = map.length; 
    this.maxY = map[0].length; 
    this.pointNum = maxX * maxY; 
    this.map = map; 
    this.startPoint = startPoint; 
    this.endPoint = endPoint; 
    init(); 
    dijkstra(); 
  } 
 
  /** 
   * 打印指定起点到终点的最短路径 
   */ 
  public void printShortestPath() { 
    printDijkstra(pointIndexMap.get(endPoint)); 
  } 
 
  /** 
   * 初始化dijkstra 
   */ 
  private void init() { 
    // 初始化所有变量 
    edges = new int[pointNum][pointNum]; 
    prev = new int[pointNum]; 
    s = new boolean[pointNum]; 
    dist = new int[pointNum]; 
    indexPointMap = new HashMap<>(); 
    pointIndexMap = new HashMap<>(); 
    pointPointMap = new HashMap<>(); 
    allPoints = new ArrayList<>(); 
 
    // 将map二维数组中的所有点转换成自己的结构 
    int count = 0; 
    for (int x = 0; x < maxX; ++x) { 
      for (int y = 0; y < maxY; ++y) { 
        indexPointMap.put(count, new Point(x, y)); 
        pointIndexMap.put(new Point(x, y), count); 
        count++; 
        allPoints.add(new Point(x, y)); 
        pointPointMap.put(new Point(x, y), new Point(x, y, map[x][y])); 
      } 
    } 
 
    // 初始化邻接矩阵 
    for (int i = 0; i < pointNum; ++i) { 
      for (int j = 0; j < pointNum; ++j) { 
        if (i == j) { 
          edges[i][j] = 0; 
        } else { 
          edges[i][j] = 9999; 
        } 
      } 
    } 
 
    // 根据map上的权重初始化edges,当然这种算法是没有单独加起点的权重的 
    for (Point point : allPoints) { 
      for (Point aroundPoint : getAroundPoints(point)) { 
        edges[pointIndexMap.get(point)][pointIndexMap.get(aroundPoint)] = aroundPoint.getValue(); 
      } 
    } 
 
    v0 = pointIndexMap.get(startPoint); 
 
    for (int i = 0; i < pointNum; ++i) { 
      dist[i] = edges[v0][i]; 
      if (dist[i] == 9999) { 
        // 如果从0点(起点)到i点最短路径是9999,即不可达 
        // 则i节点的前驱节点不存在 
        prev[i] = -1; 
      } else { 
        // 初始化i节点的前驱节点为起点,因为这个时候有最短路径的都是与起点直接相连的点 
        prev[i] = v0; 
      } 
    } 
 
    dist[v0] = 0; 
    s[v0] = true; 
  } 
 
  /** 
   * dijkstra核心算法 
   */ 
  private void dijkstra() { 
    for (int i = 1; i < pointNum; ++i) { // 此时有pointNum - 1个点在U集合中,需要循环pointNum - 1次 
      int minDist = 9999; 
      int u = v0; 
 
      for (int j = 1; j < pointNum; ++j) { // 在U集合中,找到到起点最短距离的点 
        if (!s[j] && dist[j] < minDist) { // 不在S集合,就是在U集合 
          u = j; 
          minDist = dist[j]; 
        } 
      } 
      s[u] = true; // 将这个点放入S集合 
 
      for (int j = 1; j < pointNum; ++j) { // 以当前刚从U集合放入S集合的点u为基础,循环其可以到达的点 
        if (!s[j] && edges[u][j] < 9999) { 
          if (dist[u] + edges[u][j] < dist[j]) { 
            dist[j] = dist[u] + edges[u][j]; 
            prev[j] = u; 
          } 
        } 
      } 
    } 
  } 
 
  private void printDijkstra(int endPointIndex) { 
    if (endPointIndex == v0) { 
      System.out.print(indexPointMap.get(v0) + ","); 
      return; 
    } 
    printDijkstra(prev[endPointIndex]); 
    System.out.print(indexPointMap.get(endPointIndex) + ","); 
  } 
 
  private List<Point> getAroundPoints(Point point) { 
    List<Point> aroundPoints = new ArrayList<>(); 
    int x = point.getX(); 
    int y = point.getY(); 
    aroundPoints.add(pointPointMap.get(new Point(x - 1, y))); 
    aroundPoints.add(pointPointMap.get(new Point(x, y + 1))); 
    aroundPoints.add(pointPointMap.get(new Point(x + 1, y))); 
    aroundPoints.add(pointPointMap.get(new Point(x, y - 1))); 
    aroundPoints.removeAll(Collections.singleton(null)); // 剔除不在地图范围内的null点 
    return aroundPoints; 
  } 
 
  public static void main(String[] args) { 
    int map[][] = { 
        {1, 2, 2, 2, 2, 2, 2}, 
        {1, 0, 2, 2, 0, 2, 2}, 
        {1, 2, 0, 2, 0, 2, 2}, 
        {1, 2, 2, 0, 2, 0, 2}, 
        {1, 2, 2, 2, 2, 2, 2}, 
        {1, 1, 1, 1, 1, 1, 1} 
    }; // 每个点都代表权重,没有方向限制 
    Point startPoint = new Point(0, 3); // 起点 
    Point endPoint = new Point(5, 6); // 终点 
    Dijkstra dijkstra = new Dijkstra(map, startPoint, endPoint); 
    dijkstra.printShortestPath(); 
  } 
} 
package graph.model; 
 
public class Point { 
  private int x; 
  private int y; 
  private int value; 
 
  public Point(int x, int y) { 
    this.x = x; 
    this.y = y; 
  } 
 
  public Point(int x, int y, int value) { 
    this.x = x; 
    this.y = y; 
    this.value = value; 
  } 
 
  public int getX() { 
    return x; 
  } 
 
  public void setX(int x) { 
    this.x = x; 
  } 
 
  public int getY() { 
    return y; 
  } 
 
  public void setY(int y) { 
    this.y = y; 
  } 
 
  public int getValue() { 
    return value; 
  } 
 
  public void setValue(int value) { 
    this.value = value; 
  } 
 
  @Override 
  public String toString() { 
    return "{" + 
        "x=" + x + 
        ", y=" + y + 
        '}'; 
  } 
 
  @Override 
  public boolean equals(Object o) { 
    if (this == o) return true; 
    if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false; 
 
    Point point = (Point) o; 
 
    if (x != point.x) return false; 
    return y == point.y; 
  } 
 
  @Override 
  public int hashCode() { 
    int result = x; 
    result = 31 * result + y; 
    return result; 
  } 
} 

如有疑问请留言或者到本站社区交流讨论,感谢阅读,希望通过本文能帮助到大家,谢谢大家对本站的支持!

相关文章

  • Java8 CompletableFuture 异步多线程的实现

    Java8 CompletableFuture 异步多线程的实现

    本文主要介绍了Java8 CompletableFuture 异步多线程的实现,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧
    2023-04-04
  • Java Socket一对多通信实现之并发处理方式

    Java Socket一对多通信实现之并发处理方式

    这篇文章主要介绍了Java Socket一对多通信实现之并发处理方式,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教
    2023-08-08
  • maven 指定version不生效的问题

    maven 指定version不生效的问题

    这篇文章主要介绍了maven 指定version不生效的问题,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教
    2022-01-01
  • springboot使用事物注解方式代码实例

    springboot使用事物注解方式代码实例

    这篇文章主要介绍了springboot使用事物注解方式代码实例,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下
    2019-11-11
  • Java如何向Word模板中插入Base64图片和数据信息

    Java如何向Word模板中插入Base64图片和数据信息

    这篇文章主要介绍了Java如何向Word模板中插入Base64图片和数据信息问题,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教
    2024-07-07
  • Spring Boot下的Job定时任务

    Spring Boot下的Job定时任务

    编写Job定时执行任务十分有用,能解决很多问题,这次实习的项目里做了一下系统定时更新三方系统订单状态的功能,这里用到了Spring的定时任务使用的非常方便,下面总结一下如何使用,感兴趣的朋友参考下吧
    2017-05-05
  • SpringCloudConfig之client端报错Could not resolve placeholder问题

    SpringCloudConfig之client端报错Could not resolve placeholder问

    这篇文章主要介绍了SpringCloudConfig之client端报错Could not resolve placeholder ‘from‘ in value “${from}“问题及解决方案,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助
    2022-12-12
  • 实例化JFileChooser对象报空指针异常问题的解决办法

    实例化JFileChooser对象报空指针异常问题的解决办法

    今天小编就为大家分享一篇关于实例化JFileChooser对象报空指针异常问题的解决办法,小编觉得内容挺不错的,现在分享给大家,具有很好的参考价值,需要的朋友一起跟随小编来看看吧
    2019-02-02
  • Spring事务控制策略及@Transactional失效问题解决避坑

    Spring事务控制策略及@Transactional失效问题解决避坑

    这篇文章主要为大家介绍了Spring事务控制策略及@Transactional失效问题解决避坑,有需要的朋友可以借鉴参考下,希望能够有所帮助,祝大家多多进步,早日升职加薪
    2023-06-06
  • 三种Java打印PDF文档的实例代码

    三种Java打印PDF文档的实例代码

    这篇文章主要介绍了三种Java 打印PDF文档的方法,文中代码非常详细,供大家学习和参考,感兴趣的朋友快来了解下
    2020-06-06

最新评论