单源路径分支界限java_分支限界法—单源最短路径问题

分支界限法是一种解决最优化问题的算法，其中分支是通过在待解决问题的搜索树上创建子问题来实现的。界限是通过对搜索树上的节点进行评估来实现的，以确定哪些子问题应该首先解决。

在单源最短路径问题中，我们需要找到从一个源节点到所有其他节点的最短路径。分支界限法可以通过创建一个搜索树来解决这个问题，其中每个节点都表示一个部分解，即从源节点到当前节点的路径。我们从源节点开始，将其加入搜索树中，并对其进行评估，以确定哪个子问题应该首先解决。

在分支界限法中，我们需要定义一个优先级队列，用于选择下一个要扩展的节点。队列中的节点按照其路径长度排序，因此我们总是首先扩展最短路径。每次从队列中取出一个节点，并生成其所有可能的子问题。对于每个子问题，我们计算其路径长度并将其加入优先级队列中。如果子问题的路径长度比当前已知的最短路径更长，则我们可以将其舍弃。

当我们找到一个目标节点时，我们可以停止搜索并返回到源节点。最终，我们可以得到从源节点到所有其他节点的最短路径。

在Java中，我们可以使用优先级队列来实现分支界限法。以下是一个示例代码片段：

import java.util.*;

public class ShortestPath {
    private int[][] graph; // 图的邻接矩阵表示
    private int source; // 源节点
    private int[] distances; // 存储从源节点到每个节点的距离
    private PriorityQueue<Node> queue; // 优先级队列

    public ShortestPath(int[][] graph, int source) {
        this.graph = graph;
        this.source = source;
        distances = new int[graph.length];
        Arrays.fill(distances, Integer.MAX_VALUE);
        distances[source] = 0;
        queue = new PriorityQueue<>();
        queue.offer(new Node(source, 0));
    }

    public void solve() {
        while (!queue.isEmpty()) {
            Node node = queue.poll();
            int u = node.vertex;
            int dist = node.distance;
            if (dist > distances[u]) {
                continue;
            }
            for (int v = 0; v < graph.length; v++) {
                if (graph[u][v] != 0 && dist + graph[u][v] < distances[v]) {
                    distances[v] = dist + graph[u][v];
                    queue.offer(new Node(v, distances[v]));
                }
            }
        }
    }

    public int[] getDistances() {
        return distances;
    }

    private static class Node implements Comparable<Node> {
        private int vertex;
        private int distance;

        public Node(int vertex, int distance) {
            this.vertex = vertex;
            this.distance = distance;
        }

        @Override
        public int compareTo(Node other) {
            return Integer.compare(distance, other.distance);
        }
    }
}

在这个示例中，我们使用邻接矩阵来表示图。在构造函数中，我们初始化距离数组和优先级队列，并将源节点加入队列中。在solve()方法中，我们从队列中取出一个节点，并生成其所有可能的子问题。对于每个子问题，我们计算其路径长度并将其加入优先级队列中。如果子问题的路径长度比当前已知的最短路径更长，则我们可以将其舍弃。最后，我们使用getDistances()方法返回从源节点到每个节点的距离数组。