在一个有向图中,如果存在一些节点必须经过,求从起点到终点经过这些节点的最短路径。

这个问题可以使用动态规划来解决。假设起点为 $s$,终点为 $t$,必经节点集合为 $V$,$d(i,j)$ 表示从 $i$ 到 $j$ 不经过集合 $V$ 的最短路径长度。我们可以构造一个三元组 $(u,v,w)$ 表示从 $u$ 到 $v$ 经过集合 $V$ 中的所有节点的最短路径长度为 $w$,然后利用动态规划递推求解。

具体地,设 $S$ 为必经节点的子集,$dp(i,S)$ 表示从起点 $s$ 经过 $S$ 到达节点 $i$ 的最短路径长度。由于 $S$ 是一个集合,我们可以用一个整数 $mask$ 来表示,其中第 $j$ 位为 $1$ 表示 $j\in S$,否则第 $j$ 位为 $0$。

状态转移方程如下:

$$\dp(i,S)=\min_{j\in S,j\neq i}{dp(j,S\setminus{i})+d(j,i)}$$

其中 $S\setminus{i}$ 表示将 $i$ 从 $S$ 中删除。初始状态为 $dp(s,{i})=d(s,i)$。最终答案是 $\min_{i\in V}{dp(t,V\setminus{i})+d(i,t)}$。

图论算法:求解经过必经节点的最短路径

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