第
30
卷第
5
期
2010
年
5
月
计算机应用
Vo
l.
30
No.5
May
2010
Journal of Computer Applications
文章编号
:1001-9081(2010)05
-1297
一
03
基于直接/间接邻边概念的最短路径算法
王红梅
1
气胡明
l
(1.长春工业大学计算机科学与工程学院,长春
130012;
2
吉林大学计算机科学与技术学院,长春
130012)
(
wanghm@
mai
l.
ccu
t.
edu.
cn)
摘
要:以复杂网络图为研究对象,针对有确定轨迹的最短路径问题,提出直接/间接邻边的概念,将路径的概念
引申为线路,改进简羊图的邻接矩阵存储,采用空间存储结构存储基于直接/间接邻边概念的复杂网络图,并以公交
查询问题为例设计了最短路径算法。算法分析及实验结果表明该算法的时空性能均优于
Dijkstra
算法。
关键词:复杂网络图;确定轨迹;直接邻边;间接邻边;空间存储结构;最短路径算法
中图分类号
:T
凹
0
1.
6
文献标志码
:A
Shortest-path algorithm based on direct/indirect adjacent edge concept
WANG
Hong-mei
1
•
2
,
HU
Ming
1
(1. College
0/
Co
呻
uter
Science
αnd
Engineering, Changchun University
0/
Technology, Changchun Jilin 130012, China;
2. College
0/
Co
叩
ω
er
Science
and
Technology, Jilin
Uni
卸的时
,
Ch
α
ngchun
Jilin 130012, China)
Abstract:
The complex networking graph was studied
to
solve the shortest-path problem with definite track. The concept
of directlindirect adjacent edges
was
proposed which extended the concept of path
to
that of line and improved the storage of
the adjacency matrix of the simple graph. The space storage structure
was
used
to
store the complex networking graph based on
the concept of the directlindirect adjacent edges. The shortest-path algorithm was designed
, which used the public
transportation search as the example. The theoretical analysis and experimental results show that this algorithm is better than
Dijkstra algorithm in terms of time and space.
Key
words:
complex networking graph; definite track; direct
a
句
acent
edge; indirect adjacent edge; space storage
structure; shortest-path algorithm
0
引言
最短路径问题是计算机科学与地理信息科学等领域的研
究热点问题,目前最短路径的相关算法主要是针对简单网络
图
[1-4]
但实际问题抽取出的数据模型往往以复杂网络图的
结构呈现。计算机网络与通信、分布式处理和智能交通系统
等领域的兴起为这个传统的研究课题带来了新的挑战,对复
杂网络图最短路径问题的研究具有广泛的应用价值。
最短路径问题可以分为两大类:
1
)有确定轨迹,其特点
是在空间中移动的对象只能沿着既定的路线移动
;2)
元确定
轨迹,其特点是在空间中移动的对象有全部或部分的自由度,
没有明确的路径限制。其中前者是比较常见的类型。复杂网
络图中有确定轨迹的最短路径算法有以下几种方法。可以将
复杂网络图转换为简单图,再利用
Dijkstra
算法求解
[2]
但转
换后简单图的规模通常是普通简单图的上百倍,应用
Dijkstra
算法的时间性能不理想。文献
[5J
在复杂网络图上应用
A
布
算法求解最短路径,但算法过于复杂而且没有解决复杂网络
图的存储问题。很多文献对
Dijkstra
算法进行了改进,例如
选择节点-弧段作为存储结构,把网络图中的边剖分为两条
"半边从而给出一种以边为核心的存储结构
[4]
。近年来智
能算法也被应用于最短路径问题的求解
[6
-7]
但智能算法在
搜索效率、搜索全局最优解等方面还有待提高。
本文针对有确定轨迹的最短路径问题,在赋权有向图中
引入直接/间接邻边的概念,将路径的概念引申为线路,改进
简单图的邻接矩阵存储
[8]
采用空间存储结构
节点一线
路矩阵存储基于直接/间接邻边概念的复杂网络图,以公交查
询问题为例,提出了基于直接/间接邻边概念的最短路径算
法,并对算法进行了验证。
1
直接/间接邻边
定义
1
有向图
[8]
。有向图
G
是一个工元组
G
=
(V
,
E)
,
其中
V
是节点的有穷非空集合
,
E
是节点之间有向边的集
合,通常称有向边为弧。
定义
2
赋权有向图
[8]
。弧上带权的有向图称为赋权有
向图。
定义
3
邻边。在赋权有向图
G=(V
,
E)
中,设
V
i
、马和
引
E
V
,
且(叭,咐:和〈巧
,
V
k
)
E
E
,
则称弧〈吨,
V
k
)
为弧仇
,
V)
的邻边。
定义
4
直接邻边/间接邻边。如果从一条弧前进到其邻
边不需要代价,则这条邻边称为该弧的直接邻边;否则称为该
弧的间接邻边,间接邻边上的权值表示从一条弧前进到该邻
边需要的代价
o
定义
5
线路。在赋权有向图
G
=
(V
,
E)
中,顶点
V
p
到
V
q
的线路是一个节点序列
V
p
二句,勺,…
,
V
im
飞,其中〈
η
-1
,
马〉和
"υ
,
V
ij
+
1
>
E
E
且弧
(Vij
,
Vij+l>
是弧
(Vij_l
,
V
ij
)
的直接邻
边(1
罢王
j
罢王
m
一
1
)。
定义
6
直接/间接邻边赋权多重有向图(简称
DIAW
图)。满足如下条件的赋权有向图称为直接/间接邻边赋权
收稿日期
:2009
-11
-
11
;修固日期
:2009
-12
-15
0
基金项目:吉林省科技厅科技发展重大项目
(20060305)
。
作者简介:王红梅(1
968
- )
,女,吉林长春人,副教授,博士研究生,主要研究方向:数据挖掘、智能信息处理、智能计算;
胡明
(1963
一)
,
男,吉林长春人,教授,博士,主要研究方向:人工智能。