利用graph解决图论模型的典型最短路径问题

起点 终点 距离
A T 3.6
A C 2.4
T A 3.6
T L 3
T E 2.4
E T 2.4
E P 2.4
C A 2.4
C L 1.2
L T 3.6
L C 1.2
L N 2.4
N L 3
N Q 3
Q N 2.4
Q P 1.2
P Q 1.8
P E 1.2
P V 1.2
V P 1.8
V K 2
K V 3
K J 3
K R 2
J H 1.8
J K 1.8
J B 3
J X 3.6
H J 3
H B 4.2
B H 3.6
B J 3
B I 3.6
R K 2.4
R X 2.4
R F 3.6
X J 1.8
X R 1.8
X O 2.4
X I 2.4
I B 3
I X 2.4
I S 3.6
I M 3
S I 2.4
S Y 2.4
F R 3
F U 3
U F 1.2
U W 1.8
U G 4.2
W G 1.2
W U 1.2
G U 1.2
G W 1.8
G O 2.4
O X 2.4
O G 1.2
O M 2.4
Y S 2.4
Y D 2.4
D Y 3.6
D M 3
M D 3.6
M I 1.2
M O 1.8
E N 2.4
N E 3
O F 1.2
F O 1.4
D S 2.4
S D 2.4
F V 1.2
V F 2.4
P U 1.8
U P 2
E W 1.8
W E 2.2
这是点位图和相邻点的距离,怎么用graph求出每个城市和其他城市(不仅仅是相邻城市)之间的最短路径,graph不行的话应该用什么解决?怎么解决?

参考ChatGPT回答:
可以通过建立一个加权有向图来解决。每个城市可以表示为图中的一个节点,每个城市之间的距离可以表示为图中节点之间的边权。可以使用Dijkstra算法来找到每个城市和其他城市之间的最短路径。Dijkstra算法是一种单源最短路径算法,用于在加权有向图中找到从源节点到所有其他节点的最短路径。
可以按照以下步骤使用Dijkstra算法:
1、建立加权有向图并初始化:将城市表示为图中的节点,将城市之间的距离表示为节点之间的边权。初始化一个距离数组,距离数组中记录每个节点到源节点的最短距离,初始时将源节点到自己的距离设为0,将源节点到其他节点的距离设为无穷大。
2、选定源节点:选择一个起始节点作为源节点,将该节点到源节点的距离设为0。
3、更新距离数组:遍历与源节点直接相邻的节点,更新距离数组中这些节点的距离。如果经过源节点到这些节点的距离比已有的距离更短,则更新距离数组。
4、选取最短路径节点:从距离数组中选择一个到源节点距离最短的节点,将该节点标记为已访问。
5、重复步骤3和4,直到所有节点都被标记为已访问。
6、得到最短路径:根据距离数组得到源节点到其他节点的最短路径。
实际上,Dijkstra算法只能解决边权为非负数的图的最短路径问题。如果图中存在负权边,可以使用Bellman-Ford算法或者Floyd算法来解决。
另外,如果图比较大或者复杂,可以使用更高效的算法,比如A*算法或者启发式搜索等来解决。

  • 以下回答由chatgpt基于相关博客总结生成:

    我可以根据提供的参考资料实现该问题,无需额外的信息。先根据参考资料中的例题作业,给出代码实现:

    s = [1,1,1,2,3,3,4,5,5,5,5,6,6,7,9,9];
    t = [2,3,4,5,2,4,6,4,6,7,8,7,5,8,8,5];
    w = [6,3,1,1,2,2,10,6,4,3,6,2,10,4,3,2];
    G = digraph(s, t, w);
    plot(G, 'EdgeLabel', G.Edges.Weight, 'linewidth', 2)
    set( gca, 'XTick', [], 'YTick', [] );
    [P,d] = shortestpath(G, 1, 8)
    myplot = plot(G, 'EdgeLabel', G.Edges.Weight, 'linewidth', 2);
    highlight(myplot, P, 'EdgeColor', 'r');
    

    这段代码的实现步骤如下:

    1. 构建有向权值图,使用digraph(s, t, w)函数
    2. 绘制图形,使用plot()函数,其中'EdgeLabel'参数和G.Edges.Weight表示边的权重,'linewidth'表示边的线宽,set( gca, 'XTick', [], 'YTick', [] );表示隐藏坐标轴
    3. 使用shortestpath()函数,求解起点为1,终点为8的最短路径,结果存储在Pd变量中
    4. 高亮显示最短路径,使用highlight()函数,其中'EdgeColor'参数为红色

    接下来,可以根据问题要求选择不同算法实现最短路径问题。以Dijkstra算法为例,具体实现步骤如下:

    % 构建有向权值图,可省略
    s = [1,1,1,2,3,3,4,5,5,5,5,6,6,7,9,9];
    t = [2,3,4,5,2,4,6,4,6,7,8,7,5,8,8,5];
    w = [6,3,1,1,2,2,10,6,4,3,6,2,10,4,3,2];
    G = digraph(s, t, w);
    
    % 使用Dijkstra算法求解最短路径
    start_node = 1;
    end_node = 8;
    [nodes, distances, ~] = shortestpath(G, start_node, end_node, 'Method', 'Dijkstra');
    
    % 高亮显示最短路径,可省略
    myplot = plot(G, 'EdgeLabel', G.Edges.Weight, 'linewidth', 2);
    highlight(myplot, nodes, 'EdgeColor', 'r');
    

    具体实现步骤如下:

    1. 构建有向权值图,参考资料中提供的例题作业可省略
    2. 使用shortestpath()函数求解起点为1,终点为8的最短路径,其中'Method'参数设置为'Dijkstra'表示使用Dijkstra算法
    3. 将结果存储在nodesdistances变量中,其中nodes表示经过的节点,distances表示到每个节点的距离
    4. 高亮显示最短路径,可省略,其余步骤与上面相同

    对于Bellman-Ford算法和Floyd-Warshall算法,也可以通过shortestpath()函数实现,只需要将'Method'参数分别设置为'Bellman-Ford''Floyd-Warshall'即可。需要注意的是,Bellman-Ford算法要求图中不能存在负环,而Floyd-Warshall算法则能够解决存在负边的情况。如果图中存在负环,将无法使用Bellman-Ford算法解决该问题。

根据您提供的点位图和相邻点的距离,可以使用Dijkstra算法求解每个城市之间的最短路径。Python中有一个名为networkx的库,它提供了一些图论相关的算法和功能。首先安装networkx库:

pip install networkx

接下来,使用networkx库实现Dijkstra算法求解最短路径:

import networkx as nx

# 创建一个空的有向图
graph = nx.DiGraph()

# 添加边和权重
edges = [
    ("A", "T", 3.6), ("A", "C", 2.4),
    # ...
    ("E", "W", 1.8), ("W", "E", 2.2)
]

for edge in edges:
    graph.add_edge(edge[0], edge[1], weight=edge[2])

# 计算所有城市之间的最短路径
cities = set([edge[0] for edge in edges] + [edge[1] for edge in edges])
shortest_paths = {}

for city1 in cities:
    for city2 in cities:
        if city1 != city2:
            shortest_path = nx.dijkstra_path(graph, city1, city2, weight="weight")
            shortest_path_length = nx.dijkstra_path_length(graph, city1, city2, weight="weight")
            shortest_paths[(city1, city2)] = (shortest_path, shortest_path_length)

# 输出结果
for key, value in shortest_paths.items():
    print(f"从 {key[0]} 到 {key[1]} 的最短路径为:{value[0]},最短距离为:{value[1]}")

这段代码首先创建了一个空的有向图,然后添加了边和权重(距离)。接着,它计算了所有城市之间的最短路径,并将结果存储在shortest_paths字典中。最后,它打印出所有城市之间的最短路径和最短距离。

请注意,您需要将示例中的edges列表替换为您提供的完整数据。