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C++怎么实现Floyd-Warshall_C++多源最短路径【图论】

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2026-02-26 15:23:35

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来源于php中文网

原创

floyd-warshall 不适合稀疏图因其时间复杂度恒为 o(v³),与边数无关,而稀疏图(e≈v)用 dijkstra 或 spfa 更高效;v>500 易超时或爆内存,且 inf 选错易致溢出。

c++怎么实现floyd-warshall_c++多源最短路径【图论】

为什么 Floyd-Warshall 不适合稀疏图

Floyd-Warshall 是个三重循环的动态规划算法,时间复杂度固定为 O(V³),和边数 E 无关。这意味着哪怕图里只有几条边,它照样要扫完所有顶点三元组。稀疏图(比如 E ≈ V)用 Dijkstra 配堆或 SPFA 更快;强行上 Floyd,纯属用大锤砸核桃。

常见错误现象:10⁴ 个点的图跑 Floyd 直接超时或爆内存——别试,V=500 就是安全线,再往上必须换算法。

  • 适用场景:顶点数 ≤ 500,且需要任意两点间最短距离(不止单源)
  • 优势在于能处理负权边(但不能有负环),且代码极简,易调试
  • 初始化时,dist[i][i] 必须设为 0,否则自环距离错,后续全崩

二维数组怎么初始化才不踩坑

核心是三点:无穷大值选什么、对角线怎么设、邻接关系怎么填。用 INT_MAX 当无穷大会导致 dist[i][k] + dist[k][j] 溢出——加法一越界就变负数,结果完全不可信。

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  • 用一个明显大于所有可能路径和的常量,比如 1e90x3f3f3f3f(约 109,且满足 0x3f3f3f3f + 0x3f3f3f3f )
  • dist[i][i] = 0 必须显式写,不能依赖初始化
  • 读入边时,若存在重边,取 min(dist[u][v], w),不是直接赋值

示例初始化片段:

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const int INF = 0x3f3f3f3f;
int dist[505][505];
for (int i = 1; i <= n; i++) {
    for (int j = 1; j <= n; j++) {
        dist[i][j] = (i == j) ? 0 : INF;
    }
}
// 加边:u→v 权重 w
dist[u][v] = min(dist[u][v], w);

三重循环顺序为什么不能调换

标准写法是 k 在最外层:for (int k = 1; k ,里面嵌套 <code>ij。如果把 ij 放最外,算法就退化成错的——它不再保证“只经由前 k 个点”的子问题正确转移。

本质原因:Floyd 的状态定义是 dist[k][i][j] 表示“只允许经过编号 ≤ k 的顶点”时 i→j 的最短距离。滚动数组优化后,k 必须是外层,才能确保更新 dist[i][j] 时,dist[i][k]dist[k][j] 已经是“只经前 k−1 个点”的最优解。

  • 错序后果:可能用到尚未收敛的中间值,结果随机、不可复现
  • 编译器不会报错,但测试用例稍一变化就翻车
  • 记忆口诀:“中转点 k 最外,它得先‘铺好路’,i 和 j 才能抄近道”

如何检测负环并避免误判

跑完 Floyd 后,检查任意 dist[i][i] 即可判定存在负环。但注意:初始化时 <code>dist[i][i] = 0,过程中若出现 dist[i][i] = dist[i][k] + dist[k][i] ,说明从 <code>i 出发绕一圈回来更短——这就是负环证据。

容易被忽略的细节:

  • 不能只查输入边里的自环(u == vw ),因为负环可能跨多个点
  • 如果图不连通,某些 dist[i][i] 可能仍是 INF,不影响判断;只要有一个 就成立
  • 检测必须在 Floyd 三重循环**结束后**立刻做,不能边跑边 break——否则漏检

检测代码片段:

bool has_negative_cycle = false;
for (int i = 1; i <= n; i++) {
    if (dist[i][i] < 0) {
        has_negative_cycle = true;
        break;
    }
}

真正难的不是写那三行循环,而是想清楚:你到底需不需要所有点对距离,以及能不能承受 的代价。很多号称“多源最短路”的需求,其实只需要几次 Dijkstra,或者根本只需连通性——别让算法惯性带偏了问题本身。

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