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如何在 Java 中利用数组实现简单的迪杰斯特拉(Dijkstra)算法中的距离状态表

聊到 Dijkstra 算法的数组实现,核心其实很简单:两个数组打天下——一个 dist[] 记录源点到各顶点的当前最短距离,另一个 visited[] 标记哪些顶点已经“板上钉钉”了。这种写法特别适合顶点数不多、图结构比较规矩(比如用邻接矩阵存)的场景,代码清晰,理解起来也不费力。 距离数组与访问

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    聊到 Dijkstra 算法的数组实现,核心其实很简单:两个数组打天下——一个 dist[] 记录源点到各顶点的当前最短距离,另一个 visited[] 标记哪些顶点已经“板上钉钉”了。这种写法特别适合顶点数不多、图结构比较规矩(比如用邻接矩阵存)的场景,代码清晰,理解起来也不费力。

    如何在 Ja va 中利用数组实现简单的迪杰斯特拉(Dijkstra)算法中的距离状态表

    距离数组与访问标记数组的定义

    假设图有 n 个顶点(编号 0 到 n−1),源点为 src:

    • int[] dist = new int[n]; —— 初始化时除了 dist[src] = 0,其余统统设为 Integer.MAX_VALUE,代表“暂时够不着”。
    • boolean[] visited = new boolean[n]; —— 标记每个顶点是否已经确定最终的最短距离。

    初始化与主循环逻辑

    初始化完事之后,就是经典的 n 轮迭代。每轮干三件事:

    • 找最小:在所有没访问过的顶点里,挑一个 dist 值最小的 u。这里直接线性扫描就行,不用优先队列之类的花哨东西。
    • 标记:把 visited[u] 设为 true,表示这个点的最短距离已经定下来了。
    • 松弛:遍历 u 的所有邻接点 v,如果 dist[u] + weight < dist[v],就更新 dist[v]。

    注意细节:如果你用的是邻接矩阵 graph[u][v],权值非负,用 0 或 Integer.MAX_VALUE 表示没有边;要是邻接表,就得额外遍历每个顶点的邻居列表。

    关键细节与常见陷阱

    用数组实现时,有几个容易翻车的地方值得多看一眼:

    • 别让整数溢出坑了你:比较 dist[u] + weight < dist[v] 之前,一定先判断 dist[u] == Integer.MAX_VALUE。不然加出来的负数会让你一脸懵,直接导致错误更新。
    • 负权边?想都别想:Dijkstra 天生不认负权边,数组实现也救不了,换个算法吧。
    • 不可达就是不可达:最终 dist[i] 如果还是 Integer.MAX_VALUE,说明源点根本到不了 i。

    简化的代码片段示意

    拿邻接矩阵举个例子(无边用 INF = Integer.MAX_VALUE 表示):

    final int INF = Integer.MAX_VALUE;
    int n = graph.length;
    int[] dist = new int[n];
    boolean[] visited = new boolean[n];
    Arrays.fill(dist, INF);
    dist[src] = 0;
    
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        // 找当前未访问的最小距离顶点
        int u = -1;
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            if (!visited[j] && (u == -1 || dist[j] < dist[u])) u = j;
        }
        if (u == -1 || dist[u] == INF) break; // 剩余不可达,提前退出
        visited[u] = true;
    
        // 松弛所有邻接点
        for (int v = 0; v < n; v++) {
            if (graph[u][v] != INF && dist[u] != INF) { // 防溢出
                int alt = dist[u] + graph[u][v];
                if (alt < dist[v]) dist[v] = alt;
            }
        }
    }

    这个实现的时间复杂度是 O(V²),适合 V ≤ 1000 的稠密图。如果顶点多且图稀疏,建议改用堆优化版本(PriorityQueue),性能会好不少。

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