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问题:

在无向图中寻找负圈

沈乐邦
2023-03-14

我试着用谷歌搜索,但是没有任何有价值的东西弹出。

图表:

  • 它是无方向的
  • 表示为具有双边的有向图
  • 可能包含具有负权重的边

我知道我可以使用Bellman Ford在有向情况下解决这个问题,但是对于无向边,它只返回单边(2个循环)作为其输出。我需要找到一个循环的大小

此外,该算法应该具有运行时复杂性O(V*E)和内存复杂性O(V)。

共有1个答案

锺英彦
2023-03-14

在Belman Ford算法中,在步骤2中,考虑使用每一个边(u,v)来找到V的较短路径,并且如果看到改进,则通过设置前驱[V]=U来记录它,这意味着在每个阶段中,你知道每个节点的前身-因此,你可以通过检查前一个[U]!来消除长度两个周期。设置前导[v]=u之前的v。

通过消除这些循环,您可以改变归纳的不变量-在每个阶段,您现在可以找到从s到u的最短路径,最多有i条边,其中不包括任何长度为2个循环。

可以从源访问的长度为3或更大的循环仍然会显示-在您应该找到长度达到访问每个顶点所需长度的每个最短路径后,检查负循环会寻找明显的改进。

例如:考虑G={{A,B,C,D},{AB=2,AC=2,BC=-3,BD=1,CD=1}。

更新,更新B,然后更新C,然后更新D:

A=0, B=C=D=无穷大

A=0,B=2来自A,C=-1来自B,D=0来自C

A=0,B=1来自D,C=-2来自B,D=-1来自C

A=0,B=0来自D,C=-3来自B,D=-2来自C

A=-1来自C,B=-1来自D,C=-4来自B,D=-3来自C。。。

这里有一个证明,在负循环的情况下,距离将继续无限期地变化:

假设不是这样。然后是一个稳定的距离分配:任何可能的距离更新都不会减少它。这意味着,检查边的顺序可能会减少距离,这是不相关的,因为在这种情况下,检查每条边时,距离保持不变。

在负循环中选择一个点,考虑从该点开始的路径,直到它绕过并再次到达自己。由于检查此路径中的第一条边会使所有内容保持不变,因此该边远端的距离减去该边近端的距离必须不超过沿该边的距离。同样,沿着路径的两步距离减去路径开始时的距离必须不超过沿着两个相关边缘的距离之和,否则我们将把距离更新到两个点中的更远的一个。继续,我们计算出(圆形)路径末端的距离必须不超过(圆形路径)的起点加上沿着该路径的边的总和,否则会更新一些东西。但是路径的开始和结束是相同的点,因为它是圆形的,沿着边缘的距离之和是负的,因为它是负的循环,所以我们达到了一个矛盾,事实上,一旦我们检查了沿着圆形路径的所有边缘。

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