[자료구조/알고리즘] 다익스트라(dijkstra) & 플로이드워셜 알고리즘

다익스트라 알고리즘

• 단일 시작점 최단 경로 알고리즘으로 하나의 정점에서 출발하였을 때 다른 모든 정점으로의 최단 경로를 구한다.

• 1을 기준으로 잡고 최단 경로를 구한다고 할 때,
• 4의 경우 1 -> 4로 가는 비용보다 1 -> 3 -> 4로 가는 비용이 더 적기 때문에 더 적은 비용을 갱신할 수 있다.

구현 방법

• BFS와 유사한 형태로, 시작점에서 가까운 순서대로 정점을 방문한다. 가중치가 있는 그래프에서는 BFS를 그대로 적용하기 어렵기 때문에 우선순위큐를 사용하여 해결한다.
• 각 정점까지의 최단 거리를 저장하는 배열 dp[]를 유지하며, 정점을 방문할 때마다 인접한 정점을 모두 검사한다.
• 간선 (u, v)를 검사한다고하면 u까지의 최단 거리에 (u, v)의 가중치를 더해 v까지의 경로의 길이를 찾는다. 만약 이 길이가 최단거리라면 dp[v]를 갱신하고, (v, dp[v])를 큐에 넣는다.

    static void solution(int n , int maps[][]) {
        check = new boolean[n+1];
        dp = new int[n+1];

        list = new ArrayList[n+1];

        for(int i=1; i<n+1; i++    ) {
            list[i] = new ArrayList<>();
        }

        for(int i=0; i<maps.length; i++) {
            int a = maps[i][0];
            int b = maps[i][1];
            int c = maps[i][2];

            list[a].add(new Node(b,c));
            list[b].add(new Node(a,c));
        }

        dijkstra(1);
    }


    static void dijkstra(int start) {
        Queue<Node> q = new PriorityQueue<>();
        Arrays.fill(dp, Integer.MAX_VALUE);

        q.add(new Node(start,0));

        dp[start] = 0;

        while(!q.isEmpty()) {
            Node node = q.poll();
            int to = node.to;

            if(check[to]) continue;
            else check[to] = true;

            for(Node nxt : list[to]) {
                if(dp[nxt.to]  >= dp[to] + nxt.weight) {
                    dp[nxt.to] = dp[to] + nxt.weight;
                    q.add(new Node(nxt.to, dp[nxt.to]));
                }
            }
        }
    }
}

class Node implements Comparable<Node>{
    int to;
    int weight;

    Node(int to, int weight){
        this.to = to;
        this.weight = weight;
    }

    @Override
    public int compareTo(Node o) {

• 관련 문제풀이 링크

플로이드 워셜

• 모든 정점 에서 다른 모든 정점으로의 최단 경로를 계산해야 하는 경우에 사용한다.
• 매 단계마다 현재 노드를 거쳐가는 노드를 기준으로 2차원 리스트에 최단 거리를 저장한다.
• 3중 for문을 이용한 구현으로 시간 복잡도가 높기 때문에 그래프의 크기가 크다면 구현하기 어렵다.

구현 방법

    static void solution(int n, int[][] arr) {
        int[][] floyd = new int[n][n];

        // 결과 그래프 초기화 
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            for (int j = 0; j < n; j++) {
                if (i == j) {
                    floyd[i][j]     =0;
                } else floyd[i][j] = 1_000_000_000;
            }
        }

        // 결과 그래프 입력 
        for(int i = 0; i < arr.length; i++) {
            floyd[arr[i][0]-1][arr[i][1]-1] = arr[i][2];
        }

        // k : 거쳐가는 노드 (기준) 
        for(int k = 0; k < n; k++) {
            // i : 출발 노드  
            for(int i = 0; i < n; i++) {
                // j : 도착 노드 
                for(int j = 0; j < n; j++) {
                    // i에서 j로 가는 최소 비용 VS 
                    // i에서 노드 k로 가는 비용 + 노드 k에서 jY로 가는 비용
                    if(floyd[i][k] + floyd[k][j] < floyd[i][j]) {
                        floyd[i][j] = floyd[i][k] + floyd[k][j];
                    }
                }
            }
        }

• 중간 경로(k)를 거칠 때와 거치지 않을 때를 비교한다.
• 관련 문제풀이 링크

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관련 자료

• [알고리즘/ 그래프] 다익스트라(Dijkstra) vs 플로이드 와샬(Floyd Warshall) (JAVA)