Уровень алгоритма

Алгоритм Джонсона: различия между версиями

Материал из Алговики
Перейти к навигации Перейти к поиску
[непроверенная версия][досмотренная версия]
Нет описания правки
Нет описания правки
 
(не показаны 2 промежуточные версии этого же участника)
Строка 1: Строка 1:
{{level-a}}
== Свойства и структура алгоритма ==
== Свойства и структура алгоритма ==
=== Общее описание алгоритма ===
=== Общее описание алгоритма ===
Строка 30: Строка 32:
== Программная реализация алгоритма ==
== Программная реализация алгоритма ==
=== Особенности реализации последовательного алгоритма ===
=== Особенности реализации последовательного алгоритма ===
=== Локальность данных и вычислений ===
==== Локальность реализации алгоритма ====
===== Структура обращений в память и качественная оценка локальности =====
===== Количественная оценка локальности =====
=== Возможные способы и особенности параллельной реализации алгоритма ===
=== Возможные способы и особенности параллельной реализации алгоритма ===
=== Масштабируемость алгоритма и его реализации ===
=== Результаты прогонов ===
==== Масштабируемость алгоритма ====
==== Масштабируемость реализации алгоритма ====
=== Динамические характеристики и эффективность реализации алгоритма ===
=== Выводы для классов архитектур ===
=== Выводы для классов архитектур ===
=== Существующие реализации алгоритма ===
* C++: [http://www.boost.org/libs/graph/doc/ Boost Graph Library] (функция <code>[http://www.boost.org/libs/graph/doc/johnson_all_pairs_shortest.html johnson_all_pairs_shortest_paths]</code>).


== Литература ==
== Литература ==
Строка 49: Строка 41:


[[Категория:Начатые статьи]]
[[Категория:Начатые статьи]]
[[en:Johnson's algorithm]]

Текущая версия от 07:31, 5 июля 2022


Свойства и структура алгоритма

Общее описание алгоритма

Алгоритм Джонсона[1] предназначен для решения задачи поиска всех кратчайших путей на графе. Для заданного ориентированного взвешенного графа алгоритм находит кратчайшие расстояния между всеми парами вершин за время [math]\displaystyle{ O(mn + n^2 \ln n) }[/math].

В случае разреженных графов алгоритм Джонсона эффективнее алгоритма Флойда-Уоршела, имеющего сложность [math]\displaystyle{ O(n^3) }[/math]. Он применим к в случае произвольных (в том числе отрицательных) вещественных весов, в отличие от алгоритм Дейкстры, имеющего ту же сложность.

Математическое описание алгоритма

Алгоритм Джонсона использует алгоритм Беллмана-Форда для предварительной обработки графа, заменяя веса рёбер на неотрицательные. Далее к получившемуся графу многократно применяется алгоритм Дейкстры.

Вычислительное ядро алгоритма

Основными вычислительными блоками алгоритма Джонсона являются алгоритм Беллмана-Форда и алгоритм Дейкстры.

Макроструктура алгоритма

Схема реализации последовательного алгоритма

Последовательная сложность алгоритма

На этапе предварительной обработки выполняется алгоритм Беллмана-Форда сложностью [math]\displaystyle{ O(mn) }[/math]. Далее для каждой вершины графа выполняется алгоритм Дейкстры сложностью [math]\displaystyle{ O(m + n \ln n) }[/math]. Итоговая сложность алгоритма Джонсона [math]\displaystyle{ O(mn + n^2 \ln n) }[/math].

Информационный граф

Ресурс параллелизма алгоритма

Алгоритм Джонсона может быть эффективно распараллелен, так как применение алгоритма Дейкстры для каждой вершины производится независимо. Кроме того, вместо алгоритма Дейкстры можно использовать параллельный алгоритм Δ-шагания.

Входные и выходные данные алгоритма

Свойства алгоритма

Программная реализация алгоритма

Особенности реализации последовательного алгоритма

Возможные способы и особенности параллельной реализации алгоритма

Результаты прогонов

Выводы для классов архитектур

Литература

  1. ↑ Johnson, Donald B. “Efficient Algorithms for Shortest Paths in Sparse Networks.” Journal of the ACM 24, no. 1 (January 1977): 1–13. doi:10.1145/321992.321993.