负权有向图的多条最短路径计算,依据最短路径进行边介数的计算python实现

时间: 2024-04-28 12:02:26 浏览: 24
以下是一个基于Dijkstra算法的负权有向图多条最短路径计算的Python实现: ```python import heapq def dijkstra(graph, start): # 初始化距离和前驱字典 dist = {node: float('inf') for node in graph} dist[start] = 0 prev = {node: None for node in graph} # 初始化堆和visited集合 heap = [(0, start)] visited = set() while heap: # 取出堆顶节点并标记为visited (curr_dist, curr_node) = heapq.heappop(heap) visited.add(curr_node) # 遍历当前节点的所有邻居 for neighbor, weight in graph[curr_node].items(): if neighbor not in visited: # 更新邻居节点的距离和前驱 new_dist = dist[curr_node] + weight if new_dist < dist[neighbor]: dist[neighbor] = new_dist prev[neighbor] = curr_node heapq.heappush(heap, (new_dist, neighbor)) return dist, prev def get_shortest_paths(graph, start, end, num_paths): # 使用Dijkstra算法计算最短路径 dist, prev = dijkstra(graph, start) # 初始化结果列表和堆 paths = [] heap = [(dist[end], [end])] while heap and len(paths) < num_paths: # 取出堆顶路径 (curr_dist, curr_path) = heapq.heappop(heap) # 如果当前路径的最后一个节点就是目标节点,加入结果列表 if curr_path[-1] == start: paths.append(curr_path[::-1]) else: # 遍历当前路径的前驱节点 for prev_node in graph[curr_path[-1]]: if prev_node not in curr_path: # 创建新路径并加入堆 new_path = curr_path + [prev_node] new_dist = curr_dist - graph[curr_path[-1]][prev_node] heapq.heappush(heap, (new_dist, new_path)) return paths def calculate_betweenness(graph): # 初始化边介数字典 betweenness = {edge: 0 for edge in graph.edges()} # 遍历所有节点对 for node in graph: for path in get_shortest_paths(graph, node, node, len(graph)): # 遍历路径上的所有边,更新边介数 for i in range(len(path)-1): edge = (path[i], path[i+1]) betweenness[edge] += 1 # 对所有边介数进行归一化 total_paths = len(graph) * (len(graph) - 1) for edge in betweenness: betweenness[edge] /= 2 * total_paths return betweenness ``` 这个实现中,首先使用Dijkstra算法计算出起点到每个节点的最短距离和前驱节点。然后使用堆和visited集合,遍历所有从起点到终点的路径,并按照距离从小到大加入堆中。每次取出堆顶路径,如果路径的最后一个节点是终点,就将该路径加入结果列表。否则,遍历该路径的最后一个节点的前驱节点,创建新路径并加入堆中。最后,遍历所有路径上的边,更新边介数。 注意,这个实现中的边介数是基于无向图的,因此对于有向图中的每条边,需要将它的方向分别计算一次,然后将两个方向的结果相加。

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