Алгоритм Джонсона: различия между версиями
| [досмотренная версия] | [досмотренная версия] |
ASA (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
ASA (обсуждение | вклад) Нет описания правки |
||
| Строка 51: | Строка 51: | ||
[[Категория:Начатые статьи]] | [[Категория:Начатые статьи]] | ||
[[en:Johnson's algorithm]] | |||
Версия от 13:42, 14 марта 2018
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
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
Масштабируемость алгоритма и его реализации
Масштабируемость алгоритма
Масштабируемость реализации алгоритма
Динамические характеристики и эффективность реализации алгоритма
Выводы для классов архитектур
Существующие реализации алгоритма
- C++: Boost Graph Library (функция
johnson_all_pairs_shortest_paths).
Литература
- ↑ 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.