java实现dijkstra最短路径寻路算法

import java.util.HashMap;import java.util.Iterator;import java.util.Map;import java.util.Map.Entry; /** * 地图 * @author jake * @date 2014-7-26-下午10:40:10 * @param <T> 节点主键 */public class Maps<T> {  /** * 所有的节点集合 * 节点Id - 节点 */ private Map<T, Node<T>> nodes = new HashMap<T, Node<T>>();  /** * 地图构建器 *  * @author jake * @date 2014-7-26-下午9:47:44 */ public static class MapBuilder<T> {  /**  * map实例  */ private Maps<T> map = new Maps<T>();  /**  * 构造MapBuilder  *   * @return MapBuilder  */ public MapBuilder<T> create() {  return new MapBuilder<T>(); }  /**  * 添加节点  *   * @param node 节点  * @return  */ public MapBuilder<T> addNode(Node<T> node) {  map.nodes.put(node.getId(), node);  return this; }  /**  * 添加路线  *   * @param node1Id 节点Id  * @param node2Id 节点Id  * @param weight 权重  * @return  */ public MapBuilder<T> addPath(T node1Id, T node2Id, int weight) {  Node<T> node1 = map.nodes.get(node1Id);  if (node1 == null) {  throw new RuntimeException("无法找到节点:" + node1Id);  }   Node<T> node2 = map.nodes.get(node2Id);  if (node2 == null) {  throw new RuntimeException("无法找到节点:" + node2Id);  }   node1.getChilds().put(node2, weight);  node2.getChilds().put(node1, weight);  return this; }  /**  * 构建map  * @return map  */ public Maps<T> build() {  return this.map; }  }  /** * 节点 *  * @author jake * @date 2014-7-26-下午9:51:31 * @param <T> 节点主键类型 */ public static class Node<T> {  /**  * 节点主键  */ private T id;  /**  * 节点联通路径  * 相连节点 - 权重  */ private Map<Node<T>, Integer> childs = new HashMap<Node<T>, Integer>();  /**  * 构造方法  * @param id 节点主键  */ public Node(T id) {  this.id = id; }  /**  * 获取实例  * @param id 主键  * @return  */ public static <T> Node<T> valueOf(T id) {  return new Node<T>(id); }  /**  * 是否有效  * 用于动态变化节点的可用性  * @return  */ public boolean validate() {  return true; }   public T getId() {  return id; }  public void setId(T id) {  this.id = id; }  public Map<Node<T>, Integer> getChilds() {  return childs; }  protected void setChilds(Map<Node<T>, Integer> childs) {  this.childs = childs; }  @Override public String toString() {  StringBuilder sb = new StringBuilder();  sb.append(this.id).append("[");  for (Iterator<Entry<Node<T>, Integer>> it = childs.entrySet().iterator(); it.hasNext();) {  Entry<Node<T>, Integer> next = it.next();  sb.append(next.getKey().getId()).append("=").append(next.getValue());  if (it.hasNext()) {   sb.append(",");  }  }  sb.append("]");  return sb.toString(); }  }  /** * 获取地图的无向图节点 * @return 节点Id - 节点 */ public Map<T, Node<T>> getNodes() { return nodes; } }

import java.util.ArrayList;import java.util.Arrays;import java.util.HashMap;import java.util.HashSet;import java.util.Iterator;import java.util.List;import java.util.Map;import java.util.Map.Entry;import java.util.Set; import com.my9yu.sanguohun2.utils.dijkstra.Maps.MapBuilder; /** * 迪杰斯特拉(Dijkstra)图最短路径搜索算法 * <br/>每次开始新的搜索需要创建此类对象 * @param <T> 节点的主键类型 * @author jake * @date 2014-7-26-下午9:45:07 */public class MapSearcher<T> {  /** * 最短路径搜索结果类 * @author jake * @date 2014-7-27-下午3:55:11 * @param <T> 节点的主键类型 */ public static class SearchResult<T> { /**  * 最短路径结果  */ List<T> path; /**  * 最短距离  */ Integer distance;  /**  * 获取实例  * @param path 最短路径结果  * @param distance 最短路径距离  * @return  */ protected static <T> SearchResult<T> valueOf(List<T> path, Integer distance) {  SearchResult<T> r = new SearchResult<T>();  r.path = path;  r.distance = distance;  return r; }  public List<T> getPath() {  return path; } public Integer getDistance() {  return distance; }  @Override public String toString() {  StringBuffer sb = new StringBuffer();  sb.append("path:");  for(Iterator<T> it = this.path.iterator(); it.hasNext();) {  sb.append(it.next());  if(it.hasNext()) {   sb.append("->");  }  }  sb.append("/n").append("distance:").append(distance);  return sb.toString(); }  }  /** * 地图对象 */ Maps<T> map; /** * 开始节点 */ Maps.Node<T> startNode; /** * 结束节点 */ Maps.Node<T> targetNode; /** * 开放的节点 */ Set<Maps.Node<T>> open = new HashSet<Maps.Node<T>>(); /** * 关闭的节点 */ Set<Maps.Node<T>> close = new HashSet<Maps.Node<T>>(); /** * 最短路径距离 */ Map<Maps.Node<T>, Integer> path = new HashMap<Maps.Node<T>, Integer>(); /** * 最短路径 */ Map<T, List<T>> pathInfo = new HashMap<T, List<T>>();  /** * 初始化起始点 * <br/>初始时，S只包含起点s；U包含除s外的其他顶点，且U中顶点的距离为"起点s到该顶点的距离" * [例如，U中顶点v的距离为(s,v)的长度，然后s和v不相邻，则v的距离为∞]。 * @param source 起始节点的Id * @param map 全局地图 * @param closeSet 已经关闭的节点列表 * @return */ @SuppressWarnings("unchecked") public Maps.Node<T> init(T source, Maps<T> map, Set<T> closeSet) {  Map<T, Maps.Node<T>> nodeMap = map.getNodes(); Maps.Node<T> startNode = nodeMap.get(source); //将初始节点放到close close.add(startNode); //将其他节点放到open for(Maps.Node<T> node : nodeMap.values()) {  if(!closeSet.contains(node.getId()) && !node.getId().equals(source)) {  this.open.add(node);  } }  // 初始路径 T startNodeId = startNode.getId(); for(Entry<Maps.Node<T>, Integer> entry : startNode.getChilds().entrySet()) {  Maps.Node<T> node = entry.getKey();  if(open.contains(node)) {  T nodeId = node.getId();  path.put(node, entry.getValue());  pathInfo.put(nodeId, new ArrayList<T>(Arrays.asList(startNodeId, nodeId)));  } }  for(Maps.Node<T> node : nodeMap.values()) {  if(open.contains(node) && !path.containsKey(node)) {  path.put(node, Integer.MAX_VALUE);  pathInfo.put(node.getId(), new ArrayList<T>(Arrays.asList(startNodeId)));  } } this.startNode = startNode; this.map = map; return startNode; }   /** * 递归Dijkstra * @param start 已经选取的最近节点 */ protected void computePath(Maps.Node<T> start) { // 从U中选出"距离最短的顶点k"，并将顶点k加入到S中；同时，从U中移除顶点k。 Maps.Node<T> nearest = getShortestPath(start); if (nearest == null) {  return; } //更新U中各个顶点到起点s的距离。 //之所以更新U中顶点的距离，是由于上一步中确定了k是求出最短路径的顶点，从而可以利用k来更新其它顶点的距离； //例如，(s,v)的距离可能大于(s,k)+(k,v)的距离。 close.add(nearest); open.remove(nearest); //已经找到结果 if(nearest == this.targetNode) {  return; } Map<Maps.Node<T>, Integer> childs = nearest.getChilds(); for (Maps.Node<T> child : childs.keySet()) {  if (open.contains(child)) {// 如果子节点在open中  Integer newCompute = path.get(nearest) + childs.get(child);  if (path.get(child) > newCompute) {// 之前设置的距离大于新计算出来的距离   path.put(child, newCompute);    List<T> path = new ArrayList<T>(pathInfo.get(nearest.getId()));   path.add(child.getId());   pathInfo.put(child.getId(), path);  }  } }// computePath(start);// 重复执行自己,确保所有子节点被遍历 computePath(nearest);// 向外一层层递归,直至所有顶点被遍历 }  /** * 获取与node最近的子节点 */ private Maps.Node<T> getShortestPath(Maps.Node<T> node) { Maps.Node<T> res = null; int minDis = Integer.MAX_VALUE; for (Maps.Node<T> entry : path.keySet()) {  if (open.contains(entry)) {  int distance = path.get(entry);  if (distance < minDis) {   minDis = distance;   res = entry;  }  } } return res; }  /** * 获取到目标点的最短路径 *  * @param target *      目标点 * @return */ public SearchResult<T> getResult(T target) { Maps.Node<T> targetNode = this.map.getNodes().get(target); if(targetNode == null) {  throw new RuntimeException("目标节点不存在!"); } this.targetNode = targetNode; //开始计算 this.computePath(startNode); return SearchResult.valueOf(pathInfo.get(target), path.get(targetNode)); }  /** * 打印出所有点的最短路径 */ public void printPathInfo() { Set<Map.Entry<T, List<T>>> pathInfos = pathInfo.entrySet(); for (Map.Entry<T, List<T>> pathInfo : pathInfos) {  System.out.println(pathInfo.getKey() + ":" + pathInfo.getValue()); } }   /** * 测试方法 */ @org.junit.Test public void test() {  MapBuilder<String> mapBuilder = new Maps.MapBuilder<String>().create(); //构建节点 mapBuilder.addNode(Maps.Node.valueOf("A")); mapBuilder.addNode(Maps.Node.valueOf("B")); mapBuilder.addNode(Maps.Node.valueOf("C")); mapBuilder.addNode(Maps.Node.valueOf("D")); mapBuilder.addNode(Maps.Node.valueOf("E")); mapBuilder.addNode(Maps.Node.valueOf("F")); mapBuilder.addNode(Maps.Node.valueOf("G")); mapBuilder.addNode(Maps.Node.valueOf("H")); mapBuilder.addNode(Maps.Node.valueOf("I")); //构建路径 mapBuilder.addPath("A", "B", 1); mapBuilder.addPath("A", "F", 2); mapBuilder.addPath("A", "D", 4); mapBuilder.addPath("A", "C", 1); mapBuilder.addPath("A", "G", 5); mapBuilder.addPath("C", "G", 3); mapBuilder.addPath("G", "H", 1); mapBuilder.addPath("H", "B", 4); mapBuilder.addPath("B", "F", 2); mapBuilder.addPath("E", "F", 1); mapBuilder.addPath("D", "E", 1); mapBuilder.addPath("H", "I", 1); mapBuilder.addPath("C", "I", 1);  //构建全局Map Maps<String> map = mapBuilder.build();  //创建路径搜索器(每次搜索都需要创建新的MapSearcher) MapSearcher<String> searcher = new MapSearcher<String>(); //创建关闭节点集合 Set<String> closeNodeIdsSet = new HashSet<String>(); closeNodeIdsSet.add("C"); //设置初始节点 searcher.init("A", map, closeNodeIdsSet); //获取结果 SearchResult<String> result = searcher.getResult("G"); System.out.println(result); //test.printPathInfo(); } }