基于路径阻断的求解最短路径的BFS算法研究
最近几年，随着网络的诞生与兴起，网络学科被广泛地应用到更多其他的学科，例如，物理、化学、生物、政治、经济、互联网络、工程开发和社会生活等方面。随着大数据时代的来临，基于每一个学科提取和抽象出的复杂网络的规模将会变得越来越大。而以最短路径为主的最优路径问题一直是计算机科学、交通科学、工程科学、控制科学、交通工程学以及地理信息科学等。它也是许许多多问题的基础和研究热点，例如设计路线、分配资源等。而计算机处理数据量的不断增加和变大，许许多多经典的算法求解的时间变得越来越长，例如Dijkstra算法需要O(n2)的时间复杂度，而且也使得计算机的负荷变得也来越大，无法满足大规模网络求解最短路径的实时需求。因此对网络分析算法的性能有进一步和更高的时间要求——即要求在更短的时间内完成大规模网络的全源最短路径的计算。因此在这样的课题背景下提出基于路径阻断的BFS算法。 本文的主要工作如下， 1.本课题是是以网络的经典遍历算法——BFS（广度优先遍历）作为研究的基础，引入路径阻断的策略。得到了本论文的核心算法之一——基于路径阻断的BFS算法（block算法），并详细地阐述了block算法的整个处理网络的过程。 2.在通过对block算法分析的基础上，加入阻断点的选择、求解单源最短路径的节点排序等3个策略，得到几个性能比BFS算法，block算法更好，求解全源最短路径的时间更短的算法。 (1)第一个阻断策略是通过对求解单源最短路径的节点按照节点的度值降序进行排序。这个策略是通过先求解大规模复杂网络中的一些关键的节点（最短路径问题中体现为度值较大的节点），能够使得算法在后续的处理中能够使得阻断的效果更好。在block算法的基础上，通过引入这个策略，得到了blockODD(block of descendant degree)算法。 (2)第二个阻断的策略是限制阻断的次数，在Block算法处理网络的实验基础上，得到了block算法阻断的次数和block算法的处理时间呈现出一个相似的趋势，为了进一步减少block算法的处理时间，通过一个实时的统计进入待遍历队列的节点个数以及一个阈值的比较进一步使得选择阻断点的条件更加严苛，使得算法的效率进一步提高。在block算法的基础上，通过引入这个策略，得到enqueue-block算法簇。 (3)第三个阻断的策略是以最短路径形成的生成树作为及理论依据，通过分析网络的结构得到在以起始节点的邻居节点的阻断效果是比较好的，而且通过一次阻断之后，起始节点的单源最短路径具有较高的正确率，尤其是度值为1的节点通过邻居节点的阻断效果是最好的，正确率是最高。在block算法的基础上，通过引入这个策略，得到first-level-block算法。 在基于block算法的基础上，比较了若干个算法求解全源最短路径和单源最短路径的时间。在实验得到几个比BFS算法更快的算法。
复杂网络;最短路径;广度优先遍历算法;路径阻断
北京化工大学
硕士
计算机科学与技术
许南山
2017
中文
O224
95
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）