Gnadenlos 2022-08-12 12:24 采纳率: 0%
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复杂网络最长路径算法,有偿求大家帮助。

根据复杂网络现有最短路径的几种算法,写出求最长路径的算法,先思路再具体算法。
问题解决后有更多酬谢。求各位专业人士帮助

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  • ilmss 2022-08-12 13:51
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    对于一幅加权有向无环图G,指定源点s,求s到其余各个顶点的最长路径,相当于复制原始加权有向无环图得到一个副本,并将副本中的所有边的权重变为负值。这样,副本中的最短路径就是原图G中的最长路径。
    三、算法实现
    最长路径算法的实现步骤如下:

    初始时,定义如下数据结构
    distTo[i]:保存顶点i到源点s的当前已知最长路径,初始时为负无穷大;
    edgeTo[v]:保存各个顶点在最长路径上的父路径,如edgeTo[v]表示源点s->v的最长路径上的最后一条路径。
    对于加权有向无环图(DAG),进行拓扑排序,得到一个拓扑序列;
    依照拓扑序列,依次对顶点v进行逆松弛操作。
    即如果PATH(s,w) < PATH(s,v) + PATH(v,w),则更新PATH(s,w) = PATH(s,v) + PATH(v,w)

    public class AcyclicLP {
        // distTo[v]保存顶点v到源点s的最长路径,初始时,distTo[s]=0,其它为负无穷大
        private double[] distTo;
        // edgeTo[v]保存指向顶点v的最长路径,即s->v的路径上的最后一条路径
        private DirectedEdge[] edgeTo;    
     
        public AcyclicLP(EdgeWeightedDigraph G, int s) {
            distTo = new double[G.V()];
            edgeTo = new DirectedEdge[G.V()];
            for (int v = 0; v < G.V(); v++)
                distTo[v] = Double.NEGATIVE_INFINITY;
            distTo[s] = 0.0;
     
            // relax vertices in toplogical order
            Topological topological = new Topological(G);
            if (!topological.hasOrder())
                throw new IllegalArgumentException("Digraph is not acyclic.");
            for (int v : topological.order()) {
                for (DirectedEdge e : G.adj(v))
                    aRelax(e);
            }
        }
        private void aRelax(DirectedEdge e) {
            int v = e.from(), w = e.to();
            if (distTo[w] < distTo[v] + e.weight()) {
                distTo[w] = distTo[v] + e.weight();
                edgeTo[w] = e;
            }       
        }
        public double distTo(int v) {
            return distTo[v];
        }
        public boolean hasPathTo(int v) {
            return distTo[v] > Double.NEGATIVE_INFINITY;
        }
        public Iterable<DirectedEdge> pathTo(int v) {
            if (!hasPathTo(v)) return null;
            Stack<DirectedEdge> path = new Stack<DirectedEdge>();
            for (DirectedEdge e = edgeTo[v]; e != null; e = edgeTo[e.from()]) {
                path.push(e);
            }
            return path;
        }
    }
    

    性能分析
    时间复杂度:O(E+V)
    基于拓扑排序的最长路径算法可以解决:
    优先级限制下的并行调度问题
    具体步骤:
    首先,将问题转化为一幅加权有向无环图,然后利用基于拓扑排序的最长路径算法求解。
    对于有V个任务的优先级调度问题,创建2*V+2个顶点(1个起点s,1个终点t,每个任务2个顶点v和v');
    每个任务添加一条从v->v'的边,权重为任务所需时间;
    对于每条优先级限制v->w,添加一条从v的结束顶点v'到w的起始顶点的权重为0的边,即v'->w;
    每个任务v还要添加:s->v的权重为0的边、v'->t的权重为0的边。
    经过上述处理后,每个任务v的开始时间就是从起点s到v的起始顶点的最长路径。

    img


    源码实现:

    /**
     *  % java CPM < jobsPC.txt
     *   job   start  finish
     *  --------------------
     *     0     0.0    41.0
     *     1    41.0    92.0
     *     2   123.0   173.0
     *     3    91.0   127.0
     *     4    70.0   108.0
     *     5     0.0    45.0
     *     6    70.0    91.0
     *     7    41.0    73.0
     *     8    91.0   123.0
     *     9    41.0    70.0
     *  Finish time:   173.0
     **/
    public class CPM {
        private CPM() { }
        public static void main(String[] args) {
            // 任务数
            int n = StdIn.readInt();
            // 起点和终点
            int source = 2*n;
            int sink   = 2*n + 1;
     
            // 构建拓扑图
            EdgeWeightedDigraph G = new EdgeWeightedDigraph(2*n + 2);
            for (int i = 0; i < n; i++) {
                double duration = StdIn.readDouble();   //权重
                G.addEdge(new DirectedEdge(source, i, 0.0));
                G.addEdge(new DirectedEdge(i+n, sink, 0.0));
                G.addEdge(new DirectedEdge(i, i+n,    duration));
     
                int m = StdIn.readInt();
                for (int j = 0; j < m; j++) {
                    int precedent = StdIn.readInt();
                    G.addEdge(new DirectedEdge(n+i, precedent, 0.0));
                }
            }
            // compute longest path
            AcyclicLP lp = new AcyclicLP(G, source);
            // print results
            StdOut.println(" job   start  finish");
            StdOut.println("--------------------");
            for (int i = 0; i < n; i++) {
                StdOut.printf("%4d %7.1f %7.1f\n", i, lp.distTo(i), lp.distTo(i+n));
            }
            StdOut.printf("Finish time: %7.1f\n", lp.distTo(sink));
        }
    }
    
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