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3123. 最短路径中的边

题目描述

给你一个 n 个节点的无向带权图,节点编号为 0 到 n - 1 。图中总共有 m 条边,用二维数组 edges 表示,其中 edges[i] = [ai, bi, wi] 表示节点 ai 和 bi 之间有一条边权为 wi 的边。

对于节点 0 为出发点,节点 n - 1 为结束点的所有最短路,你需要返回一个长度为 m 的 boolean 数组 answer ,如果 edges[i] 至少 在其中一条最短路上,那么 answer[i] 为 true ,否则 answer[i] 为 false 。

请你返回数组 answer 。

注意,图可能不连通。

 

示例 1:

输入:n = 6, edges = [[0,1,4],[0,2,1],[1,3,2],[1,4,3],[1,5,1],[2,3,1],[3,5,3],[4,5,2]]

输出:[true,true,true,false,true,true,true,false]

解释:

以下为节点 0 出发到达节点 5 的 所有 最短路:

  • 路径 0 -> 1 -> 5 :边权和为 4 + 1 = 5 。
  • 路径 0 -> 2 -> 3 -> 5 :边权和为 1 + 1 + 3 = 5 。
  • 路径 0 -> 2 -> 3 -> 1 -> 5 :边权和为 1 + 1 + 2 + 1 = 5 。

示例 2:

输入:n = 4, edges = [[2,0,1],[0,1,1],[0,3,4],[3,2,2]]

输出:[true,false,false,true]

解释:

只有一条从节点 0 出发到达节点 3 的最短路 0 -> 2 -> 3 ,边权和为 1 + 2 = 3 。

 

提示:

  • 2 <= n <= 5 * 104
  • m == edges.length
  • 1 <= m <= min(5 * 104, n * (n - 1) / 2)
  • 0 <= ai, bi < n
  • ai != bi
  • 1 <= wi <= 105
  • 图中没有重边。

解法

方法一:堆优化的 Dijkstra

我们先创建一个邻接表 $g$,用于存储图的边。然后创建一个数组 $dist$,用于存储从节点 $0$ 到其他节点的最短距离。初始化 $dist[0] = 0$,其余节点的距离初始化为无穷大。

然后,我们使用 Dijkstra 算法计算从节点 $0$ 到其他节点的最短距离。具体步骤如下:

  1. 创建一个优先队列 $q$,用于存储节点的距离和节点编号,初始时将节点 $0$ 加入队列,距离为 $0$。
  2. 从队列中取出一个节点 $a$,如果 $a$ 的距离 $da$ 大于 $dist[a]$,说明 $a$ 已经被更新过了,直接跳过。
  3. 遍历节点 $a$ 的所有邻居节点 $b$,如果 $dist[b] > dist[a] + w$,则更新 $dist[b] = dist[a] + w$,并将节点 $b$ 加入队列。
  4. 重复步骤 2 和步骤 3,直到队列为空。

接着,我们创建一个长度为 $m$ 的答案数组 $ans$,初始时所有元素都为 $false$。如果 $dist[n - 1]$ 为无穷大,说明节点 $0$ 无法到达节点 $n - 1$,直接返回 $ans$。否则,我们从节点 $n - 1$ 开始,遍历所有的边,如果边 $(a, b, i)$ 满足 $dist[a] = dist[b] + w$,则将 $ans[i]$ 置为 $true$,并将节点 $b$ 加入队列。

最后,返回答案即可。

时间复杂度 $O(m \times \log m)$,空间复杂度 $O(n + m)$,其中 $n$ 和 $m$ 分别为节点数和边数。

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class Solution:
    def findAnswer(self, n: int, edges: List[List[int]]) -> List[bool]:
        g = defaultdict(list)
        for i, (a, b, w) in enumerate(edges):
            g[a].append((b, w, i))
            g[b].append((a, w, i))
        dist = [inf] * n
        dist[0] = 0
        q = [(0, 0)]
        while q:
            da, a = heappop(q)
            if da > dist[a]:
                continue
            for b, w, _ in g[a]:
                if dist[b] > dist[a] + w:
                    dist[b] = dist[a] + w
                    heappush(q, (dist[b], b))
        m = len(edges)
        ans = [False] * m
        if dist[n - 1] == inf:
            return ans
        q = deque([n - 1])
        while q:
            a = q.popleft()
            for b, w, i in g[a]:
                if dist[a] == dist[b] + w:
                    ans[i] = True
                    q.append(b)
        return ans
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class Solution {
    public boolean[] findAnswer(int n, int[][] edges) {
        List<int[]>[] g = new List[n];
        Arrays.setAll(g, k -> new ArrayList<>());
        int m = edges.length;
        for (int i = 0; i < m; ++i) {
            int a = edges[i][0], b = edges[i][1], w = edges[i][2];
            g[a].add(new int[] {b, w, i});
            g[b].add(new int[] {a, w, i});
        }
        int[] dist = new int[n];
        final int inf = 1 << 30;
        Arrays.fill(dist, inf);
        dist[0] = 0;
        PriorityQueue<int[]> pq = new PriorityQueue<>((a, b) -> a[0] - b[0]);
        pq.offer(new int[] {0, 0});
        while (!pq.isEmpty()) {
            var p = pq.poll();
            int da = p[0], a = p[1];
            if (da > dist[a]) {
                continue;
            }
            for (var e : g[a]) {
                int b = e[0], w = e[1];
                if (dist[b] > dist[a] + w) {
                    dist[b] = dist[a] + w;
                    pq.offer(new int[] {dist[b], b});
                }
            }
        }
        boolean[] ans = new boolean[m];
        if (dist[n - 1] == inf) {
            return ans;
        }
        Deque<Integer> q = new ArrayDeque<>();
        q.offer(n - 1);
        while (!q.isEmpty()) {
            int a = q.poll();
            for (var e : g[a]) {
                int b = e[0], w = e[1], i = e[2];
                if (dist[a] == dist[b] + w) {
                    ans[i] = true;
                    q.offer(b);
                }
            }
        }
        return ans;
    }
}
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class Solution {
public:
    vector<bool> findAnswer(int n, vector<vector<int>>& edges) {
        vector<vector<array<int, 3>>> g(n);
        int m = edges.size();
        for (int i = 0; i < m; ++i) {
            auto e = edges[i];
            int a = e[0], b = e[1], w = e[2];
            g[a].push_back({b, w, i});
            g[b].push_back({a, w, i});
        }
        const int inf = 1 << 30;
        vector<int> dist(n, inf);
        dist[0] = 0;

        using pii = pair<int, int>;
        priority_queue<pii, vector<pii>, greater<pii>> pq;
        pq.push({0, 0});

        while (!pq.empty()) {
            auto [da, a] = pq.top();
            pq.pop();
            if (da > dist[a]) {
                continue;
            }

            for (auto [b, w, _] : g[a]) {
                if (dist[b] > dist[a] + w) {
                    dist[b] = dist[a] + w;
                    pq.push({dist[b], b});
                }
            }
        }
        vector<bool> ans(m);
        if (dist[n - 1] == inf) {
            return ans;
        }
        queue<int> q{{n - 1}};
        while (!q.empty()) {
            int a = q.front();
            q.pop();
            for (auto [b, w, i] : g[a]) {
                if (dist[a] == dist[b] + w) {
                    ans[i] = true;
                    q.push(b);
                }
            }
        }
        return ans;
    }
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func findAnswer(n int, edges [][]int) []bool {
    g := make([][][3]int, n)
    for i, e := range edges {
        a, b, w := e[0], e[1], e[2]
        g[a] = append(g[a], [3]int{b, w, i})
        g[b] = append(g[b], [3]int{a, w, i})
    }
    dist := make([]int, n)
    const inf int = 1 << 30
    for i := range dist {
        dist[i] = inf
    }
    dist[0] = 0
    pq := hp{{0, 0}}
    for len(pq) > 0 {
        p := heap.Pop(&pq).(pair)
        da, a := p.dis, p.u
        if da > dist[a] {
            continue
        }
        for _, e := range g[a] {
            b, w := e[0], e[1]
            if dist[b] > dist[a]+w {
                dist[b] = dist[a] + w
                heap.Push(&pq, pair{dist[b], b})
            }
        }
    }
    ans := make([]bool, len(edges))
    if dist[n-1] == inf {
        return ans
    }
    q := []int{n - 1}
    for len(q) > 0 {
        a := q[0]
        q = q[1:]
        for _, e := range g[a] {
            b, w, i := e[0], e[1], e[2]
            if dist[a] == dist[b]+w {
                ans[i] = true
                q = append(q, b)
            }
        }
    }
    return ans
}

type pair struct{ dis, u int }
type hp []pair

func (h hp) Len() int           { return len(h) }
func (h hp) Less(i, j int) bool { return h[i].dis < h[j].dis }
func (h hp) Swap(i, j int)      { h[i], h[j] = h[j], h[i] }
func (h *hp) Push(v any)        { *h = append(*h, v.(pair)) }
func (h *hp) Pop() any          { a := *h; v := a[len(a)-1]; *h = a[:len(a)-1]; return v }

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