
PHP アルゴリズム設計のヒント: 単一ソースの最短パス問題を解決するために Bellman-Ford アルゴリズムを使用する方法
概要:
Bellman-Ford アルゴリズムは、グラフ内の単一ソース最短経路問題を解決するための古典的なアルゴリズムです。負の重みエッジを持つグラフを処理でき、負の重みサイクルの存在を検出できます。この記事では、PHP を使用して Bellman-Ford アルゴリズムを実装する方法とコード例を紹介します。
背景知識:
ベルマン・フォード アルゴリズムを深く理解する前に、グラフ理論の基本的な知識を理解する必要があります。
Bellman-Ford アルゴリズムの実装:
以下は、PHP を使用して Bellman-Ford アルゴリズムを実装するサンプル コードです:
<?php
class Graph {
private $vertices;
private $edges;
public function __construct($vertices) {
$this->vertices = $vertices;
$this->edges = [];
}
public function addEdge($start, $end, $weight) {
$this->edges[] = [$start, $end, $weight];
}
public function bellmanFord($source) {
$distance = [];
$predecessor = [];
// 设置源节点到其他所有节点的初始距离为无穷大
foreach ($this->vertices as $vertex) {
$distance[$vertex] = INF;
$predecessor[$vertex] = null;
}
$distance[$source] = 0;
// 对每个节点进行松弛操作
for ($i = 0; $i < count($this->vertices) - 1; $i++) {
foreach ($this->edges as $edge) {
$u = $edge[0];
$v = $edge[1];
$w = $edge[2];
if ($distance[$u] != INF && $distance[$u] + $w < $distance[$v]) {
$distance[$v] = $distance[$u] + $w;
$predecessor[$v] = $u;
}
}
}
// 检测负权环
foreach ($this->edges as $edge) {
$u = $edge[0];
$v = $edge[1];
$w = $edge[2];
if ($distance[$u] != INF && $distance[$u] + $w < $distance[$v]) {
echo "图中存在负权环";
return;
}
}
// 输出最短路径结果
foreach ($this->vertices as $vertex) {
echo "节点" . $vertex . "的最短路径长度为: " . $distance[$vertex] . ",路径为: ";
$path = [];
$current = $vertex;
while ($current != $source) {
array_unshift($path, $current);
$current = $predecessor[$current];
}
array_unshift($path, $source);
echo implode(" -> ", $path) . "
";
}
}
}
$graph = new Graph(["A", "B", "C", "D", "E"]);
$graph->addEdge("A", "B", 4);
$graph->addEdge("A", "C", 1);
$graph->addEdge("C", "B", -3);
$graph->addEdge("B", "D", 2);
$graph->addEdge("D", "E", 3);
$graph->addEdge("E", "D", -5);
$graph->bellmanFord("A"); コード分析:
まず、 Graph クラスは、ノードとエッジの情報を含むグラフを表します。グラフのエッジ情報はedges配列に格納されます。
addEdge メソッドを使用してエッジ情報を追加します。
bellmanFord メソッドは、Bellman-Ford アルゴリズムを実装します。まず、距離配列と先行ノード配列を初期化します。次に、ソース ノードの距離を 0 に設定します。次に、各ノードで V-1 サイクルを実行します。ここで、V はノードの数です。ループ内で各エッジをチェックし、より短いパスが存在する場合はエッジを緩和します。最後に、負の体重サイクルがあるかどうかを確認し、存在する場合はプロンプト メッセージを出力します。最後に、各ノードの最短パスとパス長を出力します。
サンプル コードでは、いくつかの正と負の重みエッジを含む 5 つのノードを含むグラフを作成します。最後に、「A」をソース ノードとして使用する bellmanFord メソッドを使用して、最短パスを計算します。
概要:
この記事では、PHP を使用してベルマン・フォード アルゴリズムを実装し、グラフ内の単一ソース最短経路問題を解決する方法を紹介します。 Bellman-Ford アルゴリズムは、負の重みエッジを含むグラフに適しており、負の重みサイクルの存在を検出できます。グラフの表現方法を理解し、ベルマン・フォードアルゴリズムの原理を理解し、サンプルコードで実践することで、アルゴリズムへの理解がさらに深まると思います。
以上がPHP アルゴリズム設計のヒント: ベルマン・フォード アルゴリズムを使用して単一ソースの最短パス問題を解決するにはどうすればよいですか?の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。