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2203 得到要求路径的最小带权子图(堆优化版的dijkstra算法)

西曲风 2022-03-24 阅读 60
算法

1. 问题描述:

给你一个整数 n ,它表示一个带权有向图的节点数,节点编号为 0 到 n - 1 。同时给你一个二维整数数组 edges ,其中 edges[i] = [fromi,toi,weighti] ,表示从 fromi 到 toi 有一条边权为 weighti 的有向边。最后,给你三个互不相同 的整数 src1 ,src2 和 dest ,表示图中三个不同的点。请你从图中选出一个 边权和最小 的子图,使得从 src1 和 src2 出发,在这个子图中,都可以到达 dest 。如果这样的子图不存在,请返回 -1 。子图 中的点和边都应该属于原图的一部分。子图的边权和定义为它所包含的所有边的权值之和。

示例 1:

输入:n = 6,edges = [[0,2,2],[0,5,6],[1,0,3],[1,4,5],[2,1,1],[2,3,3],[2,3,4],[3,4,2],[4,5,1]], src1 = 0, src2 = 1, dest = 5
输出:9
解释:
上图为输入的图。
蓝色边为最优子图之一。
注意,子图 [[1,0,3],[0,5,6]] 也能得到最优解,但无法在满足所有限制的前提下,得到更优解。

示例 2:

输入:n = 3,edges = [[0,1,1],[2,1,1]], src1 = 0,src2 = 1, dest = 2
输出:-1
解释:
上图为输入的图。
可以看到,不存在从节点 1 到节点 2 的路径,所以不存在任何子图满足所有限制。
 
提示:

3 <= n <= 10 ^ 5
0 <= edges.length <= 10 ^ 5
edges[i].length == 3
0 <= fromi,toi, src1, src2, dest  <=  n  -  1
fromi  !=  toi
src1 ,src2 和 dest 两两不同。
1 <= weight[i] <= 10 ^ 5

2. 思路分析:

这道题目需要先想一下最小带权子图的形状,可以发现最小带权子图中一定会存在从src1和src2到达dest最短路径的交叉点,如下图所示,也即类似于路径汇总,我们可以枚举所有的交叉点x,求解src1和src2到x的最短距离,dest到x的最短路径,因为数据规模为10 ^ 5而且边权大于0所以所以可以使用堆优化版的dijkstra算法求解最短路径,求解src1,src2到其余各个点的最短路径,dest到其余各个点的最短距离,将结果分别记录到数组d1,d2,d3中,然后枚举每一个交叉点求解所有交叉点d1[x] + d2[x] + d3[x]的最小值即可。

3. 代码如下:

from typing import List
import heapq


class Solution:
    # 求解起点到其余点的最短距离
    def dijkstra(self, s: int, n: int, g: List[List[int]]):
        INF = 10 ** 12
        dis = [INF] * n
        dis[s] = 0
        vis = [0] * n
        q = list()
        heapq.heappush(q, (0, s))
        while q:
            p = heapq.heappop(q)
            if vis[p[1]] == 1: continue
            vis[p[1]] = 1
            for next in g[p[1]]:
                if dis[next[0]] > dis[p[1]] + next[1]:
                    dis[next[0]] = dis[p[1]] + next[1]
                    heapq.heappush(q, (dis[next[0]], next[0]))
        return dis

    def minimumWeight(self, n: int, edges: List[List[int]], src1: int, src2: int, dest: int) -> int:
        g1, g2 = [list() for i in range(n + 10)], [list() for i in range(n + 10)]
        for x, y, z in edges:
            g1[x].append((y, z))
            g2[y].append((x, z))
        d1 = self.dijkstra(src1, n, g1)
        d2 = self.dijkstra(src2, n, g1)
        d3 = self.dijkstra(dest, n, g2)
        INF = 10 ** 12
        res = INF
        for i in range(n):
            res = min(res, d1[i] + d2[i] + d3[i])
        return res if res != INF else -1
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