Question

这里很新，但是作为嘉宾潜伏了很长一段时间：）

好的，所以我一直在尝试使用Fibonacci堆（在Java中）做Dijkstra的最短路径算法。经过一些搜索，我设法偶然发现了两个代表Fibonacci堆的现成实现。第一个实现相当精美，可以找到here。第二个实现，似乎不那么优雅，是here。

现在，这一切看起来都很好。但是，我想在我的Dijkstra算法版本中使用其中一个实现，但我还没有运气。 Dijkstra的使用实现如下：

public void dijkstra(Vertex source) {
    {
        source.minDistance = 0.;
        PriorityQueue<Vertex> vertexQueue = new PriorityQueue<>();
        vertexQueue.add(source);

        while (!vertexQueue.isEmpty()) {
            Vertex u = vertexQueue.poll();

            // Visit each edge exiting u
            for (Edge e : u.adjacencies) {
                Vertex v = e.target;
                double weight = e.weight;
                double distanceThroughU = u.minDistance + weight;
                if (distanceThroughU < v.minDistance) {
                    vertexQueue.remove(v);
                    v.minDistance = distanceThroughU;
                    v.previous = u;
                    vertexQueue.add(v);
                }
            }
        }
    }
}

很明显，这个实现使用基于Java的PriorityQueue类（我认为它基于二进制堆本身）。 我希望修改上面的代码，以便它使用前面提到的Fibonacci堆实现，而不是Java的PriorityQueue。

我已经尝试了很多，但我无法弄清楚如何做到这一点，虽然我确信它就像更换几行代码一样简单。

我希望我足够清楚。这是我在这些主板上的第一篇文章。

非常感谢任何帮助。

编辑： 为了回应评论，我想我会用我的一个尝试场景扩展我的帖子。

以下是使用之前链接的第二个Fibonacci堆实现的上述Dijkstra方法的修改版本：

public static void computePathsFibonacciHeap(Node source) {
    {
        source.minDistance = 0.;
        FibonacciHeap myHeap = new FibonacciHeap();
        myHeap.insert(source, source.minDistance);

        while (!myHeap.isEmpty()) {
            Node u = myHeap.min();

            // Visit each edge exiting u
            for (Edge e : u.adjacencies) {
                Node v = e.target;
                double weight = e.weight;
                double distanceThroughU = u.minDistance + weight;
                if (distanceThroughU < v.minDistance) {
                    v.minDistance = distanceThroughU;
                    myHeap.decreaseKey(v, v.minDistance);
                    v.previous = u;
                }
            }
        }
    }
}

这几乎是直接从伪代码转换的（因此完全有可能我没有正确翻译它）。我得到的错误说“decreaseKey（）得到了更大的值”。如果我尝试删除最小值，我会得到一个NullPointerException。

我确定我做错了什么，我很想知道它是什么。再一次，这是使用第二个FHeap实现。我宁愿使用第一个实现（它只是看起来更彻底/专业），但遗憾的是我无法弄清楚如何。

Answer 1

JDK没有提供Fibonacci堆的实现。您必须创建自己的实现，或者在此帖子中找到一个：Fibonacci Heap

之后您需要更换

PriorityQueue<Vertex> vertexQueue = new PriorityQueue<>();

通过

 FibonacciHeap<Vertex> vertexQueue = new FibonacciHeap<>();

然后，只需将调用更改为poll，add和remove方法及其提供的实现中的等效方法。

Answer 2

似乎您缺少使用Double.POSITIVE_INFINITY添加堆的所有节点（除了距离为0.0的源节点）。这就是你有NullPointerExceptions的原因，它们根本就不在堆中。

我对几个开源的Fibonacci Heap实现进行了一些测试。您可以在此处找到测试本身：Experimenting-with-dijkstras-algorithm。这也是我的Dijsktra算法的优先级队列版本：PriorityQueueDijkstra.java

Answer 3

我自己使用这个算法。 decreaseKey 函数上方有一条注释，用于解释行为。

将指定元素的键减少到新优先级。如果新优先级大于旧优先级，则此函数抛出一个 IllegalArgumentException异常。新的优先级必须是有限的双倍，所以你不能将优先级设置为NaN或+/-无穷大。干所以也抛出IllegalArgumentException。假设该条目属于此堆。为了效率原因，这不是在运行时检查。

至于实现方式，我认为您希望使用 myHeap.dequeueMin（）。getValue（）而不是 myHeap.min（）。区别在于， dequeueMin（）的工作方式与 poll（）类似，并在找到它后将其从堆中删除。

而不是 myHeap.decreaseKey（v，v.minDistance），只需添加它，例如 myHeap.insert（v，v.minDistance）。

Java：使用Fibonacci堆实现Dijkstra算法

3 个答案: