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使用二维数组表示图的路径矩阵

小婷同学_7755

小婷同学_7755

发布时间:2026-06-15 15:06:22

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来源于php中文网

原创

二维数组表示图的路径矩阵核心是用n×n数组存储顶点间可达性、距离或路径信息,典型应用包括:一、邻接矩阵,存直接连接关系与权值;二、Floyd算法的Dist矩阵,存全源最短距离;三、Path矩阵,存最短路径前驱顶点以还原路径;四、动态规划中的dp矩阵,表征网格中路径数或最小代价。

使用二维数组表示图的路径矩阵

用二维数组表示图的路径矩阵,核心是把图中任意两个顶点之间的可达性、距离或路径信息,存进一个 n × n 的数组里(n 是顶点数)。这种表示法最典型的应用场景就是邻接矩阵和最短路径矩阵(如 Floyd 算法输出的 Dist 和 Path)。


一、邻接矩阵:记录直接连接关系

这是最基础的二维路径矩阵。

  • graph[i][j] 表示从顶点 i 到顶点 j 是否有边,以及边的权重。
  • 若无向图且无权:通常用 1 表示连通,0 表示不连通。
  • 若带权图:存权值(如 graph[2][5] = 6 表示从顶点 2 到顶点 5 的边权为 6);不可达位置常设为 ∞ 或 -1。
  • 对于无向图,矩阵关于主对角线对称;有向图则不一定。

注意:

  • 初始化时,graph[i][i] = 0(自己到自己距离为 0);
  • 其余 graph[i][j] 根据输入边逐个赋值;
  • 空间复杂度固定为 O(n²),适合顶点不多或图较稠密的情况。

二、最短路径距离矩阵(如 Floyd 输出的 Dist)

它不是原始输入,而是算法运行后生成的“全源最短路径结果”。

  • Dist[i][j] 表示从顶点 i 到顶点 j 的最短路径长度;
  • 初始值等于邻接矩阵(不可达设为极大值,如 INT_MAX);
  • 经过 k 从 0 到 n−1 的三重循环更新后,Dist[i][j] 收敛为最终最短距离;
  • 更新逻辑:if (Dist[i][j] > Dist[i][k] + Dist[k][j]) Dist[i][j] = Dist[i][k] + Dist[k][j]。

这个矩阵本身不显式存路径,但能快速查任意两点最短距离。


三、最短路径前驱矩阵(Path 矩阵)

配合 Dist 使用,用于还原具体路径。

  • Path[i][j] 存的是从 i 到 j 的最短路径中,j 的上一个顶点编号(即前驱);
  • 初始化时,若 i→j 直接连通,则 Path[i][j] = i;否则设为 -1;
  • 更新 Dist[i][j] 时,若经 k 更优,则同步更新 Path[i][j] = Path[k][j](或直接记 k,视实现而定);
  • 还原路径可用递归或栈:从 j 往回找 Path[i][j] → Path[i][prev] → ... → i。

例如:Path[0][5] = 4,Path[4][5] = 3,Path[3][5] = -1,说明路径是 0 → 4 → 3 → 5。


四、路径存在性/数量矩阵(动态规划类)

在网格路径问题中,二维数组也常表示“到达某位置的方案数”或“最小代价”。

  • 如 dp[i][j] 表示从 (0,0) 走到 (i,j) 的路径总数(只能右/下);
  • 或表示最小路径和:dp[i][j] = min(dp[i−1][j], dp[i][j−1]) + grid[i][j];
  • 边界初始化关键:第一行/列往往只有一种走法;
  • 本质仍是路径信息的二维承载,只是语义从“图结构”转向“状态空间”。

这类矩阵不描述图本身,而是建模问题中的路径状态演化。

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