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Objective-C实现狄克斯特拉算法(附完整源码)
阅读量:796 次
发布时间:2023-02-21

本文共 5212 字,大约阅读时间需要 17 分钟。

Objective-C实现狄克斯特拉算法

狄克斯特拉算法(Dijkstra’s Algorithm)是一种用于计算图中最短路径的有效方法,尤其适用于带权图。以下是使用Objective-C实现该算法的详细步骤和代码示例。

算法概述

狄克斯特拉算法通过不断更新节点的最短路径距离,逐步找到目标节点的最短路径。具体步骤如下:

  • 初始化:创建一个距离数组,记录每个节点到起点的距离,初始时设为无穷大,起点距离设为0。
  • 优先队列:使用优先队列(最小堆)来按距离从小到大排列节点,确保每次处理距离最短的节点。
  • 更新最短路径:提取优先队列中的节点,检查其邻接节点的距离,如果通过当前路径更短,则更新距离并将邻接节点加入队列。
  • 终止条件:当目标节点被提取时,停止计算,返回目标节点的最短距离。
  • 实现步骤

  • 创建图的表示
  • 在Objective-C中,可以通过邻接列表或邻接矩阵表示图。以下使用邻接列表的实现方式:

    @interface Dijkstra : NSObject- (instancetype)initWithGraph:(NSArray *)graph;
    1. 初始化距离数组
    2. 使用一个数组distance来存储每个节点的最短距离:

      - (void)initializeDistances{    self.distance = [NSMutableArray new];    for (NSInteger i = 0; i < graph.count; i++)    {        [self.distance addObject:[NSNumber numberWithDouble:INFINITY]];    }    [self.distance addObject:[NSNumber numberWithDouble:0.0]]; // 起点}
      1. 优先队列的实现
      2. 使用NSPriorityQueue来实现优先队列。每个节点包含当前的距离和索引:

        - (void)initializePriorityQueue{    self.pq = [[NSPriorityQueue alloc] init];    for (NSInteger i = 0; i < graph.count; i++)    {        [self.pq enqueueObject:[NSDictionary dictionaryWithValuesAndKeys:                                @"distance": [NSNumber numberWithDouble:self.distance[i]],                                @"index": [NSNumber numberWithInteger:i]]];    }}
        1. 处理优先队列
        2. 在处理过程中,检查当前节点的邻接点,并更新最短距离:

          - (void)processQueue{    while (![self.pq isEmpty])    {        NSDictionary *current = [self.pq dequeueObject];        NSInteger currentIndex = [current objectForKey:@"index"];                if (currentIndex == targetIndex)        {            // 已找到最短路径,返回            break;        }                for (NSDictionary *edge in [graph[currentIndex] objectForKey:@"edges"])        {            NSInteger neighborIndex = [edge objectForKey:@"to"];            double newDistance = [current objectForKey:@"distance"] + [edge objectForKey:@"weight"];                        if (newDistance < self.distance[neighborIndex])            {                self.distance[neighborIndex] = newDistance;                [self.pq enqueueObject:[NSDictionary dictionaryWithValuesAndKeys:                                         @"distance": [NSNumber numberWithDouble:newDistance],                                         @"index": [NSNumber numberWithInteger:neighborIndex]]];            }        }    }}
          1. 获取最短距离
          2. 在处理完成后,可以通过访问distance数组来获取各个节点的最短距离:

            - (double *)getShortestDistances{    return [self.distance toArrayOfObjectsClassName:Double.class];}

            完整代码示例

            以下是完整的Objective-C代码,展示了狄克斯特拉算法的实现:

            #import 
            @interface Dijkstra : NSObject@property (nonatomic, strong) NSMutableArray *distance;@property (nonatomic, strong) NSPriorityQueue *pq;@property (nonatomic, assign) NSInteger targetIndex;- (instancetype)initWithGraph:(NSArray *)graph;- (void)initializeDistances;- (void)initializePriorityQueue;- (void)processQueue;- (double *)getShortestDistances;@end@implementation Dijkstra- (instancetype)initWithGraph:(NSArray *)graph{ self = [super init]; self.graph = graph; self.targetIndex = -1; [self initializeDistances]; [self initializePriorityQueue]; return self;}- (void)initializeDistances{ self.distance = [NSMutableArray new]; for (NSInteger i = 0; i < [self.graph count]; i++) { [self.distance addObject:[NSNumber numberWithDouble:INFINITY]]; } [self.distance addObject:[NSNumber numberWithDouble:0.0]]; // 起点}- (void)initializePriorityQueue{ self.pq = [[NSPriorityQueue alloc] init]; for (NSInteger i = 0; i < [self.graph count]; i++) { [self.pq enqueueObject:[NSDictionary dictionaryWithValuesAndKeys: @"distance": [NSNumber numberWithDouble:self.distance[i]], @"index": [NSNumber numberWithInteger:i]]]; }}- (void)processQueue{ while (![self.pq isEmpty]) { NSDictionary *current = [self.pq dequeueObject]; NSInteger currentIndex = [[current objectForKey:@"index"] integerValue]; if (currentIndex == self.targetIndex) { // 已找到最短路径,停止处理 break; } for (NSDictionary *edge in [[self.graph objectAtIndex:currentIndex] objectForKey:@"edges"]) { NSInteger neighborIndex = [[edge objectForKey:@"to"] integerValue]; double newDistance = [[current objectForKey:@"distance"] doubleValue] + [[edge objectForKey:@"weight"] doubleValue]; if (newDistance < [self.distance[neighborIndex] doubleValue]) { self.distance[neighborIndex] = newDistance; [self.pq enqueueObject:[NSDictionary dictionaryWithValuesAndKeys: @"distance": [NSNumber numberWithDouble:newDistance], @"index": [NSNumber numberWithInteger:neighborIndex]]]; } } }}- (double *)getShortestDistances{ return [self.distance toArrayOfObjectsClassName:Double.class];}- (void)setTargetIndex:(NSInteger)target{ self.targetIndex = target;}- (void)calculateShortestPathFromStart{ [self processQueue];}@end

            使用说明

          3. 初始化图:通过initWithGraph方法将图数据传递给Dijkstra对象。
          4. 设置目标节点:使用setTargetIndex方法指定目标节点。
          5. 计算最短路径:调用calculateShortestPathFromStart方法执行算法。
          6. 获取结果:调用getShortestDistances方法获取最短距离数组。
          7. 通过以上步骤,可以轻松使用Objective-C实现狄克斯特拉算法,计算任意节点的最短路径。

    转载地址:http://tzsfk.baihongyu.com/

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