warshall算法传递闭包

1. Warshall算法求传递闭包，Python语言~

def __warshall(self, a):
assert (len(row) == len(a) for row in a)
n = len(a)
#请在下面编程实现Roy-Warshall求传递闭包的算法
#参数a：为一个关系矩阵
# 请删除pass后编程实现该方法功能
for i in range(n) :
for j in range(n):
if a[j][i] == 1:
for k in range(n):
a[j][k] = a[j][k] | a[i][k]
# 请在上面编写程序，不要修改下面代码
return a

2. 求计算机求解关系R的传递闭包 C语言算法

传递闭包,最简单的技术是采用 【弗洛伊德算法】

Floyd-Warshall算法（Floyd-Warshall algorithm）是解决任意两点间的最短路径的一种算法，可以正确处理有向图或负权的最短路径问题，同时也被用于计算有向图的传递闭包。

Floyd-Warshall算法的时间复杂度为O(N3)，空间复杂度为O(N2)。

Floyd-Warshall算法的原理是动态规划。

设Di,j,k为从i到j的只以(1..k)集合中的节点为中间节点的最短路径的长度。

1.若最短路径经过点k，则Di,j,k = Di,k,k − 1 + Dk,j,k − 1；
2.若最短路径不经过点k，则Di,j,k = Di,j,k − 1。
因此，Di,j,k = min(Di,k,k − 1 + Dk,j,k − 1,Di,j,k − 1)。
在实际算法中，为了节约空间，可以直接在原来空间上进行迭代，这样空间可降至二维。

代码请见：

3. Warshall算法求传递闭包

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define N 20
#define M 20

main()
{
int i,j,k,m,n;
int r1[M],r2[M],a[N],mr[N][N]={0};

FILE * fp;
printf("程序自动调用c:/stone2.txt文件内相应数据\n");
fp=fopen("c:\\stone2.txt","r");
fscanf(fp,"%d",&n); /*读取集合元素个数*/
for(i=0;i<n;i++) /*读取集合元素*/
fscanf(fp,"%d",&a[i]);
fscanf(fp,"%d",&m); /*读取关系个数*/
for(k=0;k<m;k++)
fscanf(fp,"%d,%d",&r1[k],&r2[k]); /*读取关系*/

fclose(fp);

printf("自反闭包r(R):\n{");
for(i=0;i<n;i++) printf("<%d,%d>,",a[i],a[i]); /*输出自反闭包*/
for(k=0;k<m;k++)
{
if(r1[k]!=r2[k]) printf("<%d,%d>,",r1[k],r2[k]);
else continue;
}
printf("\b}\n");

printf("对称闭包s(R):\n{"); /*输出对称闭包*/
for(k=0;k<m;k++)
{
if(r1[k]!=r2[k]) printf("<%d,%d>,<%d,%d>,",r1[k],r2[k],r2[k],r1[k]);
else printf("<%d,%d>,",r1[k],r2[k]);
}
printf("\b}\n");

k=0;
for(i=0;i<n,k<m;i++)
{
if(r1[k]!=a[i]) continue;
else
{
for(j=0;j<n,k<m;j++) /*关系转换成矩阵*/
{
if(r2[k]!=a[j]) continue;
else
{
mr[i][j]=1;
k++; i=0;j=0;
break;
}
}
}
}

printf("关系所对应的关系矩阵:\n");
for(i=0;i<n;i++)
{ /*打印关系矩阵*/
for(j=0;j<n;j++)
printf("%5d",mr[i][j]);
printf("\n");
}
for(k=0;k<n;k++)
for(i=0;i<n;i++) /*warshall*/
for(j=0;j<n;j++)
mr[i][j]+=mr[i][j]+mr[i][k]*mr[k][j];

for(i=0;i<n;i++)
for(j=0;j<n;j++)
{ /*把mr[]非0项赋值为1*/
if(!mr[i][j]) continue;
else mr[i][j]=1;
}

printf("传递闭包对应关系矩阵:\n");
for(i=0;i<n;i++)
{ /*输出传递闭包对应的关系矩阵*/
for(j=0;j<n;j++)
printf("%5d",mr[i][j]);
printf("\n");
}

system("PAUSE");

}
自己写的,三个闭包都有,包括传递闭包,看注释就知道了,还是用文件读写,方便数据输入

4. Warshall算法的算法介绍

1、引言
Warshall在1962年提出了一个求关系的传递闭包的有效算法。其具体过程如下，设在n个元素的有限集上关系R的关系矩阵为M：
（1）置新矩阵A=M;
（2）置k=1;
（3）对所有i如果A[i,k]=1，则对j=1..n执行：
A[i,j]←A[i,j]∨A[k,j];
（4）k增1;
（5）如果k≤n，则转到步骤（3），否则停止。
所得的矩阵A即为关系R的传递闭包t(R)的关系矩阵。
在左孝凌等编着的《离散数学》中提到了该算法，但并未对此算法作出解释。下面本文将对该算法的思想作出一种比较通俗的解说。
2、对Warshall算法的解说
设关系R的关系图为G，设图G的所有顶点为v1,v2,…,vn，则t(R)的关系图可用该方法得到：若G中任意两顶点vi和vj之间有一条路径且没有vi到vj的弧，则在图G中增加一条从vi到vj的弧，将这样改造后的图记为G’，则G’即为t(R)的关系图。G’的邻接矩阵A应满足：若图G中存在从vi到vj路径，即vi与vj连通，则A[i,j]=1，否则A[i,j]=0。
这样，求t(R)的问题就变为求图G中每一对顶点间是否连通的问题。
定义一个n阶方阵序列A(0),A(1),A(2),…,A(n)，每个方阵中的元素值只能取0或1。A(m)[i,j]=1表示存在从vi到vj且中间顶点序号不大于m的路径（m=1..n），A(m)[i,j]=0表示不存在这样的路径。而A(0)[i,j]=1表示存在从vi到vj的弧，A(0)[i,j]=0表示不存在从vi到vj的弧。
这样，A(n)[i,j]=1表示vi与vj连通，A(n)[i,j]=0表示vi与vj不连通。故A(n)即为t(R)的关系矩阵。
那么应如何计算方阵序列A(0),A(1),A(2),…,A(n)呢？
很显然，A(0)=M（M为R的关系矩阵）。
若A(0)[i,1]=1且A(0)[1,j]=1，或A(0)[i,j]=1，当且仅当存在从vi到vj且中间顶点序号不大于1的路径，此时应将A(1)[i,j]置为1，否则置为0。
一般地，若A(k-1)[i,k]=1且A(k-1)[k,j]=1，或A(k-1)[i,j]=1，当且仅当存在从vi到vj且中间顶点序号不大于k的路径，此时应将A(k)[i,j]置为1，否则置为0（k=1..n）。用公式表示即为：
A (k)[i,j]=(A(k-1)[i,k]∧A(k-1)[k,j])∨A(k-1)[i,j] i,j,k=1..n
这样，就可得计算A(k)的方法：先将A(k)赋为A(k-1)；再对所有i=1..n，若A(k)[i,k]=1（即A(k-1)[i,k]=1），则对所有j=1..n，执行：
A (k)[i,j]←A(k)[i,j]∨A(k-1)[k,j]
但这与前述Warshall算法中的第（3）步还有一定距离。若将上式改为：
A(k)[i,j]←A(k)[i,j]∨A(k)[k,j] （即把A(k-1)[k,j]改为A(k)[k,j]）
就可将上标k去掉，式子就可进一步变为：
A[i,j]←A[i,j]∨A[k,j]
这样可以只用存储一个n阶方阵的空间完成计算，且与前述Warshall算法中第（3）步的式子一致。那么，可不可以把A(k-1)[k,j]改为A(k)[k,j]呢？答案是肯定的。下面将证明在计算A(k)的过程中A(k-1)[k,j]与A(k)[k,j]相等（A(k)被赋初值A(k-1)后）。考察计算A(k)的方法 只有当i=k时A(k)[k,j]的值才有可能改变，此时将式A(k)[i,j]←A(k)[i,j]∨A(k-1)[k,j]中的i换为k，得A(k)[k,j]←A(k)[k,j]∨A(k-1)[k,j]，对某一j，执行该式的赋值操作前A(k)[k,j]=A(k-1)[k,j]，因为计算A(k)开始时A(k)被赋为A(k-1)，故它们相或的结果等于A(k-1)[k,j]，故赋值操作不改变A(k)[k,j]的值。这样，就没有操作会改变A(k)[k,j]的值，故A(k-1)[k,j]与A(k)[k,j]相等。
综上，就可得到计算A(n)的算法，且该算法与前述的Warshall算法完全一致。
由上面的分析，不难看出，Warshall算法类似于求图中每对顶点间最短路径的Floyd算法。其实，用Floyd算法也能求关系的传递闭包，方法为令关系R的关系图G中的每条弧的权值都为1，这样得一有向网G1，设G1的邻接矩阵为D(-1)（若vi无自回路，则D(-1)(i,i)=∞），对G1用Floyd算法求其每对顶点间最短路径，得结果矩阵D(n-1)。因若G中vi与vj连通，当且仅当D(n-1)[i,j]≠∞，故将矩阵D中的∞都改为0，其它值都改为1，得矩阵A，则矩阵A即为t(R)的关系矩阵。Floyd算法和Warshall算法的时间复杂度都为O(n3)，但明显用Floyd算法求关系的传递闭包绕了弯子。
参考文献：
[1]左孝凌，李为鉴，刘永才，《离散数学》，上海：上海科学技术文献出版社，1982
[2]严蔚敏，吴伟民，《数据结构 C语言版》，北京：清华大学出版社，1997

5. 离散数学中传递闭包怎么求 通俗一点

方法：warshall法，即运行n次，每次使得MR[n][i],MR[i][n]都为1时使得MR[i][j]为1,否则还是为MR[i][j]。
传递闭包的计算过程一般可以用Warshell算法描述：
For 每个节点i Do
For 每个节点j Do
If j能到i Then
For 每个节点k Do
a[j, k] := a[j, k] Or ( a[j, i] And a[ i, k] )
其中a数组为布尔数组，用来描述两个节点是否相连，可以看做一个无权图的邻接矩阵。算法过程跟Floyd很相似，三重循环，枚举每个中间节点。不过传递闭包只需要求出两个节点是否相连，而不用求其间的最短路径长。
传递性：对于一个节点i，如果j能到i，i能到k，那么j就能到k。求传递闭包，就是把图中所有满足这样传递性的节点都弄出来，计算完成后，就知道任意两个节点之间是否相连。
传递闭包的定义：R’是R（不具有传递性质）变动最少的步骤得到的具有传递性质的关系。
(5)warshall算法传递闭包扩展阅读
算法实例：
#include<stdio.h>
#define
N
10
int
judge(int
k,int
i,int
j)
{
if(i==1
&&
j==1){
return
1;
}
return
k;
}
void
warShall(int
MR[N][N],int
n)
{
for(int
k=0;k<n;k++){
for(int
i=0;i<n;i++){
for(int
j=0;j<n;j++){
if(i!=k
||
j!=k){
MR[i][j]=judge(MR[i][j],MR[k][j],MR[i][k]);
}
}
}
}
}
int
main()
{
int
MR[10][10];
int
mul;
scanf("%d",&mul);
for(int
i=0;i<mul;i++){
for(int
j=0;j<mul;j++){
scanf("%d",&MR[i][j]);
}
}
printf("求传递闭包为:\n");
warShall(MR,mul);
for(int
i=0;i<mul;i++){
for(int
j=0;j<mul;j++){
printf("%d
",MR[i][j]);
}
printf("\n");
}
return
0;
}
运行结果：
参考资料：网络-传递闭包

6. 最短路径的floyd算法的时间复杂度

Floyd：每对节点之间的最短路径。Floyd-Warshall算法（Floyd-Warshall
algorithm）是解决任意两点间的最短路径的一种算法，可以正确处理有向图或负权的最短路径问题，同时也被用于计算有向图的传递闭包。Floyd-Warshall算法的时间复杂度为O(N3)，空间复杂度为O(N2)。

先给出结论：

(1)当权值为非负时，用Dijkstra。

(2)当权值有负值，且没有负圈，则用SPFA，SPFA能检测负圈，但是不能输出负圈。

(3)当权值有负值，而且可能存在负圈，则用BellmanFord，能够检测并输出负圈。

(4)SPFA检测负环：当存在一个点入队大于等于V次，则有负环，后面有证明。