Реферат: VB, MS Access, VC++, Delphi, Builder C++ принципы(технология), алгоритмы программирования

Если список возможных связей находится в коллекции, как в вышеприведенном коде, то для поиска в списке связи с наименьшей ценой потребуется время порядка O(N), при этом полное время выполнения алгоритма будет порядка O(N2). Для малых N производительность будет приемлемой. Если же число связей в сети достаточно велико, то список возможных связей следует хранить в приоритетной очереди, а не в коллекции.

Программа Span использует этот алгоритм для поиска наименьшего остовного дерева. Эта программа аналогична программе NetEdit. Она позволяет загружать, редактировать и сохранять на диске файлы, представляющие сеть. Если выбрать какой‑либо узел в программе двойным щелчком мыши, то программа найдет и выведет на экран наименьшее остовное дерево с корнем в этом узле. На рис. 12.7 показано окно программы Span, в котором показано наименьшее остовное дерево с корнем в узле 9.

======322-323

@Рис. 12.7. Программа Span

Кратчайший маршрут

Алгоритмы поиска кратчайшего маршрута, которые обсуждаются в следующих разделах, находят все кратчайшие пути из заданной точки до всех остальных точек сети, при этом предполагается, что сеть является связанной. Набор связей, используемый всеми кратчайшими маршрутами, называется деревом кратчайшего маршрута (shortest path tree).

На рис. 12.8 показано дерево, в котором дерево кратчайшего маршрута с корнем в узле A нарисовано жирной линией. Это дерево изображает кратчайший маршрут из узла A до всех остальных узлов в сети. Например, кратчайший маршрут из узла A в узел F проходит через узлы A, C, E, F.

Многие алгоритмы поиска кратчайшего маршрута начинают с пустого дерева, к которому затем добавляется по одной связи до тех пор, пока дерево не будет заполнено. Эти алгоритмы можно разбить на две категории в соответствии со способом выбора следующей связи, которая должна быть добавлена к растущему дереву кратчайшего маршрута.

Алгоритмы установки меток (label setting) всегда выбирают связь, которая гарантированно окажется частью конечного кратчайшего маршрута. Этот метод работает аналогично методу поиска наименьшего остовного дерева. Если связь добавлена в дерево, то она не будет удалена позже.

Алгоритмы коррекции меток (label correcting) добавляют связи, которые могут быть или не быть частью конечного кратчайшего маршрута. В процессе рабы алгоритма он может определить, что на место уже находящейся в дереве связи нужно поместить другую связь. В этом случае алгоритм заменяет старую связь новой и продолжает работу. Замена связи в дереве может сделать возможными пути, которые не были возможны до этого. Чтобы проверить эти пути, алгоритму приходится снова проверить пути, которые были добавлены в дерево раньше и использовали удаленную связь.

=====324

@Рис. 12.8. Дерево кратчайшего маршрута

Алгоритмы установки и коррекции меток, описанные в следующих разделах, используют похожие классы для представления узлов и связей. Класс узла включает поле Dist, которое определяет расстояние от корня до узла в растущем дереве кратчайшего маршрута. В алгоритме установки меток, после вставки узла в дерево полю Dist присваивается правильное значение, и оно в дальнейшем не меняется. В алгоритме коррекции меток, значение поля Dist может понадобиться обновить, если алгоритм заменит связь.

Класс узла также включает поле NodeStatus, которое указывает, находится ли узел в дереве кратчайшего маршрута, списке возможных связей, или ни в одной из этих структур. Поле InLink указывает на связь, которая ведет к узлу в дереве кратчайшего маршрута.

Public Id As Integer

Public X As Single

Public Y As Single

Public Links As Collection

Public Dist As Integer     ' Расстояние от корня дерева пути.

Public NodeStatus As Integer      ' Статус дерева маршрута.

Public InLink As PathSLink        ' Связь, ведущая к узлу.

======325

Используя поле InLink, программа может перечислить узлы в пути от корня до узла I в обратном порядке при помощи следующего кода:

Dim node As PathSNode

    Set node = I

    Do

        ' Вывести узел.

        Print node.Id

        If node Is Root Then Exit Do

        ' Перейти к следующему узлу вверх по дереву.

        If node.IsLink.Node1 Is node Then

           Set node = node.InLink.Node2

        Else

           Set node = node.InLink.Node1

        End If

    Loop

Класс link в алгоритме включает поле InPathTree, которое указывает, является ли связь частью дерева кратчайшего маршрута.

Public Node1 As PathSNode

Public Node2 As PathSNode

Public Cost As Integer

Public InPathTree As Boolean

Оба алгоритма установки и коррекции меток используют список возможных связей, в котором находятся связи, которые могут быть добавлены в дерево кратчайшего маршрута, но они по‑разному оперируют этим списком. Алгоритм установки меток всегда выбирает связь, которая обязательно окажется частью дерева кратчайшего маршрута. Алгоритм коррекции меток выбирает элемент, который находится на вершине списка.

Установка меток

В начале этого алгоритма значения поля Dist корневого узла устанавливается равным 0. Затем корневой узел помещается в список возможных узлов, при этом значение поля NodeStatus этого узла принимает значение NOW_IN_LIST, указывая на то, что он находится в списке.

После этого выполняется поиск в списке узла с наименьшим значением Dist. Первоначально это будет корневой узел, так как он единственный в списке.

Затем алгоритм удаляет этот узел из списка, и устанавливает значение поля NodeStatus для этого узла равным WAS_IN_LIST, указывая на то, что этот узел теперь является частью дерева кратчайшего маршрута. Поля Dist и IsLink узла уже имеют правильные значения. Для каждого корневого узла, значение поля IsLink равно Nothing, а значение поля Dist равно нулю.

После этого алгоритм проверяет все связи, выходящие из выбранного узла. Если соседний узел на другом конце связи никогда не находился в списке возможных узлов, то алгоритм добавляет его к списку. Он устанавливает значение поля NodeStatus соседнего узла равным NOW_IN_LIST., а значение поля Dist — расстоянию от корневого узла до выбранного узла плюс цене связи. И, наконец, он присваивает значение полю InLink соседнего узла так, чтобы оно указывало на связь с соседним узлом.

========326

Во время проверки алгоритмом связей, выходящих из выбранного узла, если значение поля NodeStatus соседнего узла равно NOW_IN_LIST, то этот узел уже находится в списке возможных узлов. Алгоритм проверяет текущее значение Dist соседнего узла, проверяя, не будет ли путь через выбранный узел короче. Если это так, то он обновляет поля InLink и Dist соседнего узла и оставляет соседний узел в списке возможных узлов.

Алгоритм повторяет этот процесс, удаляя узлы из списка возможных узлов, проверяя соседние с ними узлы и добавляя соседние узлы в список до тех пор, пока список не опустеет.

На рис. 12.9 показана часть дерева кратчайшего маршрута. В этой точке алгоритм проверил узлы A и B, удалил их из списка возможных узлов, и проверил их связи. Узлы A и B уже добавлены к дереву кратчайшего маршрута, и теперь в списке возможных узлов находятся узлы C, D и E. Жирные стрелки на рис. 12.9 соответствуют значениям полей InLink узлов в этой точке. Например, значение поля InLink для узла E соответствует связи между узлами E и B.

После этого алгоритм ищет в списке возможных узлов узел с наименьшим значением Dist. В данной точке значения полей Dist узлов C, D и E равны 10, 21 и 22 соответственно, поэтому алгоритм выбирает узел C. Узел C удаляется из списка возможных узлов, и его полю NodeStatus присваивается значение WAS_IN_LIST. Теперь узел C является частью дерева кратчайшего маршрута, и его поля Dist и InLink имеют правильные значения.

Затем алгоритм проверяет связи, выходящие из узла C. Единственная связь, выходящая из узла C, идет к узлу E, который уже содержится в списке возможных узлов, поэтому алгоритм не добавляет его в список снова.

Текущий кратчайший маршрут от корня в узел E — это путь A, B, E, полная цена которого равна 22. Но цена пути A, C, E равна всего 17., что меньше, чем текущая цена 22, поэтому алгоритм обновляет значение InLink для узла E, и присваивает полю Dist этого узла значение 17.

@Рис. 12.9. Часть дерева кратчайшего маршрута

=========327

Private Sub FindPathTree(root As PathSNode)

Dim candidates As New Collection

Dim i As Integer

Dim best_i As Integer

Dim best_dist As Integer

Dim new_dist As Integer

Dim node As PathSNode

Dim to_node As PathSNode

Dim link As PathSLink

    If root Is Nothing Then Exit Sub

    ' Сбросить значения полей Marked и NodeStatus всех узлов,

    ' и флаги Used и InPathTree всех связей.

    ResetPathTree

    ' Начать с корня дерева кратчайшего маршрута.

    root.Dist = 0

    Set root.InLink = Nothing

    root.NodeStatus = NOW_IN_LIST

    candidates.Add root

    Do While candidates.Count > 0

        ' Найти ближайший к корню узел‑кандидат.

        best_dist = INFINITY

        For i = 1 To candidates.Count

           new_dist = candidates(i).Dist

           If new_dist < best_dist Then

               best_i = i

               best_dist = new_dist

           End If

        Next i

        ' Добавить узел к дерева кратчайшего маршрута.

        Set node = candidates(best_i)

        candidates.Remove best_i

        node.NodeStatus = WAS_IN_LIST

       

        ' Проверить соседние узлы.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82