fbpx
วิกิพีเดีย

ขั้นตอนวิธีของจอห์นสัน

ขั้นตอนวิธีของจอห์นสัน เป็นขั้นตอนวิธีที่ทำการปรับกราฟไม่ให้มีน้ำหนักติดลบเพื่อให้สามารถใช้ขั้นตอนวิธีของไดค์สตราได้ในการหาเส้นทางสั้นที่สุดระหว่างทุกคู่จุดหรือปม ซึ่งเป็นขั้นตอนวิธีที่เหมาะในการใช้กับกราฟระบุทิศทางที่มีเส้นเชื่อมน้อยเพราะถ้าเส้นเชื่อมเยอะจะช้ากว่า ขั้นตอนวิธีของฟลอยด์-วอร์แชล แต่ต้องไม่มีวงรอบที่น้ำหนักติดลบอยู่ด้วย ผู้คิดค้นวิธีการนี้คือ โดนัลด์ บี. จอห์นสัน(Donald B. Johnson) ซึ่งเผยแพร่เป็นครั้งแรกเมื่อ ค.ศ. 1977

การอธิบายขั้นตอนวิธี

ขั้นตอนวิธีของจอห์นสันประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้

  1. สร้างจุดหรือปม ใหม่ขึ้นหนึ่งจุดลงในกราฟ และสร้างเส้นเชื่อมจากจุดใหม่ที่เพิ่มมาไปยังจุดอื่นทุกจุด โดยกำหนดน้ำหนักทั้งหมดเป็น 0
  2. ใช้ขั้นตอนวิธีของเบลล์แมน-ฟอร์ดจากจุดใหม่ หาน้ำหนักน้อยที่สุดจากจุดใหม่ไปยังทุกจุดแต่ละจุดก็เก็บค่าไว้ ถ้าตรวจพบวงจร ที่มีน้ำหนักติดลบ ให้หยุดการทำงาน
  3. แปลงกราฟดั้งเดิมไม่ให้มีน้ำหนักติดลบ โดยใช้ค่าที่เก็บไว้ในของแต่ละจุดที่คำนวณได้จากขั้นตอนวิธีของเบลล์แมน-ฟอร์ด กล่าวคือ เส้นเชื่อมจากจุด ไปยังจุด เดิมมีน้ำหนักเป็น น้ำหนักเส้นเชื่อม(,) เปลี่ยนค่าน้ำหนักใหม่ของเส้นเชื่อมเส้นนั้นเป็น น้ำหนักเส้นเชื่อม(,) + ค่าที่เก็บไว้ใน ก − ค่าที่ีเก็บไว้ใน ข
  4. สุดท้ายใช้ขั้นตอนวิธีของไดค์สตรา เพื่อหาเส้นทางสั้นที่สุดจากจุดใดจุดต้นทางหนึ่ง ไปยังจุดอื่นในกราฟที่แปลงน้ำหนักแล้วได้

ตัวอย่าง

เริ่มจากตอนแรกได้ข้อมูลของกราฟเส้นเชื่อมที่มีน้ำหนักติดลบ จากนั้นทำการเพิ่มจุดใหม่ q ที่มีเส้นเชื่อมน้ำหนักเป็น 0 ชี้ไปยังทุกจุดที่มีก่อนในตอนแรก แล้วจึงใช้ขั้นตอนวิธีของเบลล์แมน-ฟอร์ดโดยใช้ q เป็นจุดเริ่มต้น จะได้ค่า h(v) ที่ที่สั้นที่สุดจาก q ไปยังจุด v จากนั้นทำการเปลี่ยนน้ำหนักของเส้นเชื่อมแต่ละเส้น w(u,v) ให้เป็นบวกทุกเส้นเป็น w(u,v) + h(u) − h(v) หลังจากได้กราฟที่ทำการแปลงน้ำหนักแล้วก็สามารถใช้ขั้นตอนวิธีของไดค์สตราหาวิถีสั้นสุดได้

รหัสเทียม

 Johnson ( graph G ) { //สร้างกราฟ K ใหม่เพิ่มปมพิเศษ q และเพิ่มเส้นเชื่อมจากปม q ไปปมอื่นทุกปมให้น้ำหนักเป็น 0 create graph K : K.V = G.V add {q}  //V คือ จุดปม   : K.E = G.E add {(q,i) | i in G.V} //E คือ เส้นเชื่อม   : K.W = G.W , K.W(q,i) = 0 | i in G.V //W คือ ระยะระหว่างปมสองปม BellmanFord(K,q)    //ถ้ามีวงจรติดลบจะหยุด for each edge (i,j)in G.E G.W(i,j) += h[i]-h[j] for each vertex i in G.V { d=dijkstra(G,i)   //d คือ array ของทุกจุดในกราฟแต่ละจุดเก็บระยะสั้นสุดจากจุด i for each vertex j in G.V L(i,j)=d[j]-(h[i]-h[j])   //L คือ ระยะทางสั้นสุด } return L } 

ความถูกต้อง

เมื่อพิจารณาวิถีจากปม ก ถึง ข แม้แต่ละวิถีจะผ่านปมต่างกันแต่ความยาวที่เพิ่มขึ้นจะเท่ากันเสมอ

ความยาวใหม่(ก→จ→ฉ→ข) = ความยาวเดิม(ก→จ→ฉ→ข) + ค่าระยะทางที่เก็บไว้ของ(ก)- ค่าระยะทางที่เก็บไว้ของ(ข)
ความยาวใหม่(ก→ช→ข) = ความยาวเดิม(ก→ช→ข) + ค่าระยะทางที่เก็บไว้ของ(ก)- ค่าระยะทางที่เก็บไว้ของ(ข)

ดังนั้นวิถีสั้นสุดจะเป็นวิถีเดิม ความยาวของวงจรในกราฟก็ไม่เปลี่ยน

ความยาวใหม่(ก→จ→ฉ→ก) = ความยาวเดิม(ก→จ→ฉ→ก) + ค่าระยะทางที่เก็บไว้ของ(ก)- ค่าระยะทางที่เก็บไว้ของ(ก)

ประสิทธิภาพเชิงเวลา

v คือ จำนวนปม e คือ จำนวนเส้นเชื่อม ถ้า ขั้นตอนวิธีของไดค์สตรา ใช้ binary heap จะทำให้ Johnson ใช้เวลา   ซึ่งเมื่อใช้กับ กราฟที่มีเส้นเชื่อมน้อยๆ จะเร็วกว่าใช้ ขั้นตอนวิธีของฟลอยด์-วอร์แชล ที่ใช้ O(v3)

เพิ่มเติม

  • ULearn การออกแบบอัลกอริทึม (สมชาย ประสิทธิ์จูตระกูล)
  • วิดีโอประกอบคำอธิบาย
  • ขั้นตอนวิธีของไดค์สตรา เป็นขั้นตอนวิธีที่ใช้ในการหาระยะทางเส้นทางสั้นสุดของคู่ปมใดๆ สำหรับกราฟที่มีความยาวของเส้นเชื่อมไม่เป็นลบ
  • ขั้นตอนวิธีของเบลแมน-ฟอร์ด เป็นขั้นตอนที่ใช้ในการคำนวณหาวิถีที่สั้นสุดแบบแหล่งต้นทางเดียวในกราฟที่มีการถ่วงน้ำหนักของเส้นเชื่อมเป็นบวก หรือน้ำหนักของเส้นเชื่อมเป็นลบ
  • ขั้นตอนวิธีของฟลอยด์-วอร์แชล เป็นขั้นตอนวิธีการวิเคราะห์กราฟเพื่อที่จะหาระยะทางของเส้นทางสั้นสุดในกราฟที่มีน้ำหนักของเส้นเชื่อมเป็นบวก หรือ น้ำหนักของเส้นเชื่อมเป็นลบ แต่ไม่สามารถหาได้ถ้ามีวงจรลบ

อ้างอิง

  • Black, Paul E., "Johnson's Algorithm", Dictionary of Algorithms and Data National Institute of Standards and Technology.
  • Suurballe, J. W. (1974), "Disjoint paths in a network", Networks, 14: 125–145, doi:10.1002/net.3230040204.
  • การออกแบบและวิเคราะห์อัลกอริทึม สมชาย ประสิทธิ์จูตระกูล

นตอนว, ของจอห, นส, บทความน, อาจต, องการตรวจสอบต, นฉบ, ในด, านไวยากรณ, ปแบบการเข, ยน, การเร, ยบเร, ยง, ณภาพ, หร, อการสะกด, ณสามารถช, วยพ, ฒนาบทความได, เป, นข, นตอนว, ทำการปร, บกราฟไม, ให, ำหน, กต, ดลบเพ, อให, สามารถใช, นตอนว, ของไดค, สตราได, ในการหาเส, นทางส, น. bthkhwamnixactxngkartrwcsxbtnchbb indaniwyakrn rupaebbkarekhiyn kareriyberiyng khunphaph hruxkarsakd khunsamarthchwyphthnabthkhwamidkhntxnwithikhxngcxhnsn epnkhntxnwithithithakarprbkrafimihminahnktidlbephuxihsamarthichkhntxnwithikhxngidkhstraidinkarhaesnthangsnthisudrahwangthukkhucudhruxpm sungepnkhntxnwithithiehmaainkarichkbkrafrabuthisthangthimiesnechuxmnxyephraathaesnechuxmeyxacachakwa khntxnwithikhxngflxyd wxraechl aettxngimmiwngrxbthinahnktidlbxyudwy phukhidkhnwithikarnikhux odnld bi cxhnsn Donald B Johnson sungephyaephrepnkhrngaerkemux kh s 1977 enuxha 1 karxthibaykhntxnwithi 2 twxyang 3 rhsethiym 4 khwamthuktxng 5 prasiththiphaphechingewla 6 ephimetim 7 xangxingkarxthibaykhntxnwithi aekikhkhntxnwithikhxngcxhnsnprakxbdwykhntxntxipni srangcudhruxpm ihmkhunhnungcudlnginkraf aelasrangesnechuxmcakcudihmthiephimmaipyngcudxunthukcud odykahndnahnkthnghmdepn 0 ichkhntxnwithikhxngebllaemn fxrdcakcudihm hanahnknxythisudcakcudihmipyngthukcudaetlacudkekbkhaiw thatrwcphbwngcr thiminahnktidlb ihhyudkarthangan aeplngkrafdngedimimihminahnktidlb odyichkhathiekbiwinkhxngaetlacudthikhanwnidcakkhntxnwithikhxngebllaemn fxrd klawkhux esnechuxmcakcud k ipyngcud kh edimminahnkepn nahnkesnechuxm k kh epliynkhanahnkihmkhxngesnechuxmesnnnepn nahnkesnechuxm k kh khathiekbiwin k khathiiekbiwin kh sudthayichkhntxnwithikhxngidkhstra ephuxhaesnthangsnthisudcakcudidcudtnthanghnung ipyngcudxuninkrafthiaeplngnahnkaelwidtwxyang aekikh erimcaktxnaerkidkhxmulkhxngkrafesnechuxmthiminahnktidlb caknnthakarephimcudihm q thimiesnechuxmnahnkepn 0 chiipyngthukcudthimikxnintxnaerk aelwcungichkhntxnwithikhxngebllaemn fxrdodyich q epncuderimtn caidkha h v thithisnthisudcak q ipyngcud v caknnthakarepliynnahnkkhxngesnechuxmaetlaesn w u v ihepnbwkthukesnepn w u v h u h v hlngcakidkrafthithakaraeplngnahnkaelwksamarthichkhntxnwithikhxngidkhstrahawithisnsudidrhsethiym aekikhJohnson graph G srangkraf K ihmephimpmphiess q aelaephimesnechuxmcakpm q ippmxunthukpmihnahnkepn 0 create graph K K V G V add q V khux cudpm K E G E add q i i in G V E khux esnechuxm K W G W K W q i 0 i in G V W khux rayarahwangpmsxngpm BellmanFord K q thamiwngcrtidlbcahyud for each edge i j in G E G W i j h i h j for each vertex i in G V d dijkstra G i d khux array khxngthukcudinkrafaetlacudekbrayasnsudcakcud i for each vertex j in G V L i j d j h i h j L khux rayathangsnsud return L khwamthuktxng aekikhemuxphicarnawithicakpm k thung kh aemaetlawithicaphanpmtangknaetkhwamyawthiephimkhuncaethaknesmx khwamyawihm k c ch kh khwamyawedim k c ch kh kharayathangthiekbiwkhxng k kharayathangthiekbiwkhxng kh khwamyawihm k ch kh khwamyawedim k ch kh kharayathangthiekbiwkhxng k kharayathangthiekbiwkhxng kh dd dngnnwithisnsudcaepnwithiedim khwamyawkhxngwngcrinkrafkimepliyn khwamyawihm k c ch k khwamyawedim k c ch k kharayathangthiekbiwkhxng k kharayathangthiekbiwkhxng k dd prasiththiphaphechingewla aekikhv khux canwnpm e khux canwnesnechuxm tha khntxnwithikhxngidkhstra ich binary heap cathaih Johnson ichewla O v e l o g v displaystyle O velogv sungemuxichkb krafthimiesnechuxmnxy caerwkwaich khntxnwithikhxngflxyd wxraechl thiich O v3 ephimetim aekikhULearn karxxkaebbxlkxrithum smchay prasiththicutrakul widioxprakxbkhaxthibay khntxnwithikhxngidkhstra epnkhntxnwithithiichinkarharayathangesnthangsnsudkhxngkhupmid sahrbkrafthimikhwamyawkhxngesnechuxmimepnlb khntxnwithikhxngeblaemn fxrd epnkhntxnthiichinkarkhanwnhawithithisnsudaebbaehlngtnthangediywinkrafthimikarthwngnahnkkhxngesnechuxmepnbwk hruxnahnkkhxngesnechuxmepnlb khntxnwithikhxngflxyd wxraechl epnkhntxnwithikarwiekhraahkrafephuxthicaharayathangkhxngesnthangsnsudinkrafthiminahnkkhxngesnechuxmepnbwk hrux nahnkkhxngesnechuxmepnlb aetimsamarthhaidthamiwngcrlbxangxing aekikhBlack Paul E Johnson s Algorithm Dictionary of Algorithms and Data National Institute of Standards and Technology Suurballe J W 1974 Disjoint paths in a network Networks 14 125 145 doi 10 1002 net 3230040204 karxxkaebbaelawiekhraahxlkxrithum smchay prasiththicutrakulekhathungcak https th wikipedia org w index php title khntxnwithikhxngcxhnsn amp oldid 5882289, wikipedia, วิกิ หนังสือ, หนังสือ, ห้องสมุด,

บทความ

, อ่าน, ดาวน์โหลด, ฟรี, ดาวน์โหลดฟรี, mp3, วิดีโอ, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, รูปภาพ, เพลง, เพลง, หนัง, หนังสือ, เกม, เกม