有效路径可以不定数量的"向上",后跟不定数量的"向下",反之亦然。但是,它不能多次改变方向。
例如,有效路径可能是A"上" B"上" C"下" E"下" F
无效的路径可能是A"向上" B"向下" C"向上" D
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图搜索算法

图搜索算法

Graph searching algorithm

我正在寻找一种具有一些异常特性的图算法。

图形中的每个边缘都是"上"边缘或"下"边缘。

有效路径可以不定数量的"向上",后跟不定数量的"向下",反之亦然。但是,它不能多次改变方向。

例如,有效路径可能是A"上" B"上" C"下" E"下" F
无效的路径可能是A"向上" B"向下" C"向上" D

在两个节点之间找到最短有效路径的好的算法是什么?找到所有等长的最短路径怎么办?


假设您没有任何启发式方法,那么dijkstra算法的一种变体就足够了。每当您考虑新的优势时,请存储有关其"祖先"的信息。然后,检查不变性(仅一个方向变化),如果违反则回溯。

祖先是沿着最短路径经过的所有到达当前节点的边。存储祖先信息的一种好方法是使用一对数字。如果U向上,而D向下,则特定边的祖先可能是UUUDDDD,即对3, 4。由于不变,您将不需要第三个数字。

由于我们使用了dijkstra的算法,因此已经解决了查找多个最短路径的问题。


也许您可以将图形转换为普通有向图,然后使用现有算法。

一种方法是将图分为两个图,一个图具有所有上边缘,一个图具有所有下边缘,并且在图一的所有节点和图二的对应节点之间具有有向边。

首先求解从图一开始并在图二结束,然后以另一种方式求解,然后检查最短解。


具有特制成本(G得分)和启发式(H得分)功能的A *可以处理。

对于成本,您可以跟踪路径中方向变化的次数,并在第二个变化上增加无限的成本(即,切断对那些分支的搜索)。

启发式方法需要更多的思考,尤其是当您希望保持启发式方法可容许(永远不要高估到目标的最小距离)和单调性时。 (确保A *找到最佳解决方案的唯一方法。)

也许有更多有关该域的信息可用于创建启发式方法? (即图中节点的x,y坐标?)

当然,根据要求解的图的大小,您可以首先尝试使用更简单的算法,例如广度优先搜索或Dijkstra的算法:基本上,每种搜索算法都可以,并且每一种搜索算法都需要一个成本函数(或类似)。


人们会认为您的标准BFS应该在这里工作。每当将节点添加到打开列表时,都可以将其package到一个结构中,该结构保存该节点正在使用的方向(向上或向下)和一个布尔型标志,指示该节点是否已切换方向。这些可用于确定该节点的哪些传出边缘有效。

要查找所有等长的最短路径,请在结构中包括到目前为止已遍历的边数。当找到第一个最短路径时,记下路径长度并停止将节点添加到打开列表中。继续遍历列表中的其余节点,直到您检查了当前长度的所有路径,然后停止。


如果您具有标准的图形搜索功能,例如在库中输入Graph.shortest(from, to),则可以使用C#/伪代码循环和最小化:

1
2
[ (fst.shortest(A, C) + nxt.shortest(C, B))
    for C in nodes , (fst, nxt) in [(up, down), (down, up)] ].reduce(min)

如果您需要记住最小路径,并且碰巧您的标准函数返回了数据,您还可以发音

1
2
[ [fst, nxt, C, fst.shortest(A, C), nxt.shortest(C,B)]
    for C in nodes , (fst, nxt) in [(up, down), (down, up)] ].reduce(myMin)

其中,myMin应该比较两个[fst, nxt, C, AC, BD]元组,并保留一个距离较小的元组,或者同时保留两者,并假定reduce是一个灵巧函数。

如果我们的图形很大并且根本不使用内存(如果它们是动态生成的,则有可能),这会有一些内存开销,但实际上并没有任何速度开销,恕我直言。


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