क्या मैं फ्लोयड-वारशॉल, डेज्स्ट्रा और बेलमैन-फोर्ड एल्गोरिदम के बीच अंतर के बारे में सही हूं?


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मैं तीनों का अध्ययन कर रहा हूं और मैं नीचे से उनके बारे में बता रहा हूं। कोई मुझे बता सकता है कि क्या मैंने उन्हें पर्याप्त रूप से समझा है या नहीं? धन्यवाद।

  1. दिज्क्स्ट्रा के एल्गोरिथ्म का उपयोग केवल तब किया जाता है जब आपके पास एक स्रोत होता है और आप एक नोड से दूसरे तक का सबसे छोटा रास्ता जानना चाहते हैं, लेकिन इस तरह के मामलों में विफल रहता है

  2. फ़्लॉइड-वारशॉल के एल्गोरिथ्म का उपयोग तब किया जाता है जब सभी नोड्स में से कोई भी एक स्रोत हो सकता है, इसलिए आप चाहते हैं कि किसी भी स्रोत नोड से किसी भी गंतव्य नोड तक पहुंचने के लिए सबसे कम दूरी हो। यह केवल तभी विफल होता है जब नकारात्मक चक्र होते हैं

(यह सबसे महत्वपूर्ण एक है। मेरा मतलब है, यह वह है जो मैं कम से कम निश्चित हूं :)

3.बेलमैन-फोर्ड का इस्तेमाल डेज्क्स्ट्रा की तरह किया जाता है, जब केवल एक ही स्रोत होता है। यह नकारात्मक भार को संभाल सकता है और इसका काम फ्लोयड-वॉरसॉल के समान है, एक स्रोत को छोड़कर, सही?

यदि आपको एक नज़र रखने की आवश्यकता है, तो संबंधित एल्गोरिदम हैं (सौजन्य से)

Bellman- फोर्ड:

 procedure BellmanFord(list vertices, list edges, vertex source)
   // This implementation takes in a graph, represented as lists of vertices
   // and edges, and modifies the vertices so that their distance and
   // predecessor attributes store the shortest paths.

   // Step 1: initialize graph
   for each vertex v in vertices:
       if v is source then v.distance := 0
       else v.distance := infinity
       v.predecessor := null

   // Step 2: relax edges repeatedly
   for i from 1 to size(vertices)-1:
       for each edge uv in edges: // uv is the edge from u to v
           u := uv.source
           v := uv.destination
           if u.distance + uv.weight < v.distance:
               v.distance := u.distance + uv.weight
               v.predecessor := u

   // Step 3: check for negative-weight cycles
   for each edge uv in edges:
       u := uv.source
       v := uv.destination
       if u.distance + uv.weight < v.distance:
           error "Graph contains a negative-weight cycle"

डिज्कस्ट्रा:

 1  function Dijkstra(Graph, source):
 2      for each vertex v in Graph:                                // Initializations
 3          dist[v] := infinity ;                                  // Unknown distance function from 
 4                                                                 // source to v
 5          previous[v] := undefined ;                             // Previous node in optimal path
 6                                                                 // from source
 7      
 8      dist[source] := 0 ;                                        // Distance from source to source
 9      Q := the set of all nodes in Graph ;                       // All nodes in the graph are
10                                                                 // unoptimized - thus are in Q
11      while Q is not empty:                                      // The main loop
12          u := vertex in Q with smallest distance in dist[] ;    // Start node in first case
13          if dist[u] = infinity:
14              break ;                                            // all remaining vertices are
15                                                                 // inaccessible from source
16          
17          remove u from Q ;
18          for each neighbor v of u:                              // where v has not yet been 
19                                                                                 removed from Q.
20              alt := dist[u] + dist_between(u, v) ;
21              if alt < dist[v]:                                  // Relax (u,v,a)
22                  dist[v] := alt ;
23                  previous[v] := u ;
24                  decrease-key v in Q;                           // Reorder v in the Queue
25      return dist;

फ्लोयड-Warshall:

 1 /* Assume a function edgeCost(i,j) which returns the cost of the edge from i to j
 2    (infinity if there is none).
 3    Also assume that n is the number of vertices and edgeCost(i,i) = 0
 4 */
 5
 6 int path[][];
 7 /* A 2-dimensional matrix. At each step in the algorithm, path[i][j] is the shortest path
 8    from i to j using intermediate vertices (1..k−1).  Each path[i][j] is initialized to
 9    edgeCost(i,j).
10 */
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12 procedure FloydWarshall ()
13    for k := 1 to n
14       for i := 1 to n
15          for j := 1 to n
16             path[i][j] = min ( path[i][j], path[i][k]+path[k][j] );

मुझे पूरा यकीन है कि दिज्क्स्ट्रा का एल्गोरिथ्म नकारात्मक-भार नोड्स को संभाल सकता है। यदि ऋणात्मक-भार चक्र हैं, तो एल्गोरिथम की परवाह किए बिना, सबसे छोटा मार्ग अपरिभाषित है।
केविन क्लाइन

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@kevincline: विकिपीडिया आपके दावे का समर्थन नहीं करता है (मैं विकिपीडिया का दावा नहीं कर रहा हूँ, हालांकि यह सही है, और मेरे पास कुछ ही मील की दूरी पर मेरी AlgTheory पुस्तक है) हालाँकि, वास्तविक जीवन में समय-आधारित या गति-आधारित रूटिंग समस्याएं हैं कोई नकारात्मक किनारा नहीं है, इसलिए मैं आमतौर पर जरूरत के आधार पर डाइजस्क्रा या फ्लॉयड करता हूं। जहां तक ​​मुझे याद है, अधिकांश वास्तविक-जीवन कार्टोग्राफिंग राउटिंग अल्जोज़ डेज़्स्कट्रा के आधुनिक संस्करण पर आधारित हैं, लेकिन मैं इसे केवल कुछ वैज्ञानिक कागजात से याद करता हूं जो मैंने अपने पिछले कार्यस्थल पर पढ़ा है।
आदाम

@ सलाम: मैं गलत हूं। दिज्क्स्त्र हर किनारे पर जाने से बचने के लिए गैर-नकारात्मकता का फायदा उठाता है।
केविन क्लाइन

हां, आपने सही तरीके से समझा। :)
सांग्युन ली

जवाबों:


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अगर मैं तुम्हें सही ढंग से समझूं, तो तुम्हारी समझ सही है।

  • Djikstra एक नकारात्मक नोड से ग्राफ में हर नोड के लिए स्रोत नोड से सबसे छोटी लागत पथ पाता है, भले ही एक नकारात्मक वजन बढ़त हो। (डिक्जस्ट्रा को आसानी से ए * एल्गोरिथ्म में बदला जा सकता है, बस इसे बदलने से रोकने के लिए एक बार अपने लक्ष्य नोड को मिला और हेयूरिस्ट्स जोड़ते हैं।)
  • बेलमैन-फोर्ड दीजकस्ट्रा के समान ही है, लेकिन धीमी है। लेकिन यह नकारात्मक वजन किनारों को संभाल सकता है।
  • फ्लोयड-वारशॉल प्रत्येक नोड से प्रत्येक दूसरे नोड के लिए सबसे छोटी लागत पथ की लागत का पता लगाता है। (यह एक संख्यात्मक मैट्रिक्स लौटाता है।) यह Djikstra या Bellman-Ford दोनों की तुलना में बहुत धीमा है। आपके द्वारा लिखे गए के विपरीत, यह तब विफल नहीं होता है जब एक नकारात्मक चक्र होता है, यह सिर्फ अपने आप में कुछ नोड की लागत के लिए एक अर्थहीन नकारात्मक संख्या की रिपोर्ट करता है।

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नाह, फ्लोयड-वारशॉल खुद पथों की गणना कर सकते हैं, जैसे कि जिक्स्ट्रा और बेलमैन-फोर्ड, न केवल पथ की लंबाई।
कोनराड रूडोल्फ

संशोधनों के साथ, बिल्कुल।
सीज़र बॉतिस्ता

3
मैं अब भी पहले वाले को ही दिक्ज़स्त्र मानता हूँ अगर इसे एक लक्ष्य नोड पर रोक दिया गया, लेकिन उत्तराधिकार का उपयोग नहीं किया।
एलियट बॉल

1
@CSA - फ्लॉयड वॉरशेल O (n ^ 3) है, इसलिए इतने बड़े ग्राफ के लिए लगभग 10 ^ 300 ऑपरेशन की आवश्यकता होगी। प्रत्येक ऑपरेशन को प्लैंक समय लगता है, तब तक गणना समाप्त हो गई है जब ब्रह्मांड में नियमित रूप से सभी प्रोटॉन क्षय हो गए होंगे, और केवल सुपरमैसिव ब्लैक होल बचे रहेंगे । मेरा मानना ​​है कि आंतरिक लूप को समानांतर करना संभव हो सकता है। यदि यह सच है, तो आप भाग्यशाली हो सकते हैं कि सूरज के द्रव्यमान के साथ शुरू होने वाले सभी ब्लैक होल वाष्पित हो गए हैं।
जूल्स

1
(मान लें कि आप प्रति प्रोसेस एक परमाणु से कम का उपयोग करके एक प्रोसेसिंग नोड बना सकते हैं, और सभी ब्रह्मांड में अवलोकनीय परमाणुओं का उपयोग कर सकते हैं, वह यह है ... लेकिन तब शायद आपको उन सभी को अपने डेटा को स्टोर करने की आवश्यकता होती है)
जूल्स
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