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python中Dijkstra演算法中圖總成本的困難

2022-01-02 10:47:00 作業系統

我目前正在嘗試制作一種演算法,當所有節點都被訪問時,它可以為我提供圖形的總成本,但我卻慘遭失敗,老實說,出于想法。我的目標是使用 Dijkstra 演算法獲得下圖的總成本。

這是我到目前為止所擁有的:

from collections import defaultdict
import heapq

def build_graph():
    # Create the graph with the all given nodes and costs
    edges = aeroDistances
    graph = defaultdict(dict)

    for edge in edges.items():
        tuple1 = edge[0][0]
        tuple2 = edge[0][1]
        cost = edge[1]

        connection1 = {tuple2 : cost}
        connection2 = {tuple1 : cost}

        graph[tuple1].update(connection1)
        graph[tuple2].update(connection2)
    
    return dict(graph)

def dijkstra(graph, starting_vertex):
    # All the distances set to infinity
    distances = {vertex: float('infinity') for vertex in graph}
    # Distance from the starting vertex
    distances[starting_vertex] = 0
    # Priority queue
    pq = [(0, starting_vertex)]

    while len(pq) > 0:
        current_distance, current_vertex = heapq.heappop(pq)

        # Nodes can get added to the priority queue multiple times. We only
        # process a vertex the first time we remove it from the priority queue
        if current_distance > distances[current_vertex]:
            continue

        for neighbor, weight in graph[current_vertex].items():
            distance = current_distance   weight
            # Only consider this new path if it's better than any path we've
            # already found
            if distance < distances[neighbor]:
                distances[neighbor] = distance
                heapq.heappush(pq, (distance, neighbor))

    return distances, distance

numCidades = 0
numAeroportos = 0
numEstradas = 0
#custoAeroportos = {}
#custoEstradas = {}

#custoAeroportos = {(1, 2): 2, (1, 3): 4}
#custoEstradas = {(3, 1, 'E'): 2}

#custoAeroportos = {(1, 2): 1, (2, 3): 2, (3, 4): 1, (4, 1): 1}
custoAeroportos = {(1, 2): 1, (1, 3): 6, (2, 4): 2, (3, 4): 2}
custoEstradas = {(2, 3): 3}

listCidades = [1,2,3]
distances = []
indexValue = 0
indexKey = 0
currentIndex = 0

# Deconstruct the dict into a list of keys (tuples)
# Deconstruct the dict into a list of values
# Make it easier to sort the connections by creating a list of tuples and
# their respective weights and zip them toghether
distancesAeroKeys = list(custoAeroportos.keys())
distancesAeroValues = list(custoAeroportos.values())
aeroDistances = dict(map(list, zip(*[distancesAeroKeys, distancesAeroValues])))

print()
print("AeroDistances: "   str(aeroDistances))

graph = build_graph()
print()
print("Graph: "   str(graph))
print()
print("Dijkstra: "   str(dijkstra(graph, 1)))

我目前正在嘗試使用的兩個圖表,即custoAeroportos,當訪問所有節點時,我似乎無法獲得總最低成本。

這是圖表,它們相當簡單:

這個一共花費5

這個一共花費3

我得到的總成本是錯誤的,我無法弄清楚。

對于第一張圖:

AeroDistances: {(1, 2): 1, (1, 3): 6, (2, 4): 2, (3, 4): 2}

Graph: {1: {2: 1, 3: 6}, 2: {1: 1, 4: 2}, 3: {1: 6, 4: 2}, 4: {2: 2, 3: 2}}

Dijkstra: ({1: 0, 2: 1, 3: 5, 4: 3}, 7)

對于第二張圖,不知何故是正確的:

AeroDistances: {(1, 2): 1, (2, 3): 2, (3, 4): 1, (4, 1): 1}

Graph: {1: {2: 1, 4: 1}, 2: {1: 1, 3: 2}, 3: {2: 2, 4: 1}, 4: {3: 1, 1: 1}}

Dijkstra: ({1: 0, 2: 1, 3: 2, 4: 1}, 3)

我真的很感謝你的幫助,謝謝。

uj5u.com熱心網友回復:

您的函式回傳distance從起始頂點到添加到堆中的最后一個節點的路徑。這不是你真正想要回傳的。當然,當 BFS-tree 從某些頂點有多個出邊時,這條路徑與總距離關系不大。

相反,您需要累積“接受”的邊的權重,即那些(隱式)從堆中彈出的邊,并提高該節點的距離。

因此,我建議使用更多資訊擴展堆上的元組:將我們帶到該節點的最后一條邊的權重。當節點被接受時,這條邊成為生成樹的一部分,然后它的權重應該被添加到一個累計總數中。

這是改編后的代碼。這些變化有伴隨的評論:

def dijkstra(graph, starting_vertex):
    distances = {vertex: float('infinity') for vertex in graph}
    distances[starting_vertex] = 0
    graph_distance = 0  # this will be returned
    pq = [(0, 0, starting_vertex)]  # middle value is edge weight

    while len(pq) > 0:
        current_distance, edge_weight, current_vertex = heapq.heappop(pq)
        if current_distance > distances[current_vertex]:
            continue

        graph_distance  = edge_weight  # accumulate

        for neighbor, weight in graph[current_vertex].items():
            distance = current_distance   weight
            if distance < distances[neighbor]:
                distances[neighbor] = distance
                heapq.heappush(pq, (distance, weight, neighbor))  # include weight

    return distances, graph_distance  # ...return it

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