实验报告
课程名称:计算机网络原理
实验题目:编程实现路由算法
学号:21281280
姓名:柯劲帆
班级:物联网2101班
指导老师:常晓琳
报告日期:2024年6月9日
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# 目录
[TOC]
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# 1. 实验目的
运用各种编程语言实现基于 Dijkstra 算法的路由软件。
# 2. 实验环境
- **OS**：WSL2 (内核5.15.146.1-microsoft-standard-WSL2)
- **Python**：version 3.11.4
# 3. 实验过程
## 3.1. 编写代码
```python
INF = float('inf')
def Dijkstra(G, origin):
node_num = len(G)
vis = [False] * node_num
dis = [G[origin][node] for node in range(node_num)]
paths = [[]] * node_num
paths[origin].append(origin)
vis[origin] = True
last_point = origin
for i in range(node_num - 1):
min_dis = INF
for j in range(node_num):
if not vis[j] and dis[j] < min_dis:
min_dis = dis[j]
last_point = j
vis[last_point] = True
if i == 0:
paths[last_point] = paths[origin] + [last_point]
for k in range(node_num):
if G[last_point][k] < INF and dis[k] > dis[last_point] + G[last_point][k]:
dis[k] = dis[last_point] + G[last_point][k]
paths[k] = paths[last_point] + [k]
return dis, paths
if __name__ == '__main__':
G = [[0, 1, 12, INF, INF, INF],
[INF, 0, 9, 3, INF, INF],
[INF, INF, 0, INF, 5, INF],
[INF, INF, 4, 0, 13, 15],
[INF, INF, INF, INF, 0, 4],
[INF, INF, INF, INF, INF, 0]]
origin = 0
dis, paths = Dijkstra(G, origin)
for i in range(len(G)):
print(f"{origin} to {i}", "path:", paths[i], f"distance: {dis[i]}")
```
## 3.2. 运行代码
```sh
$ python main.py
0 to 0 path: [0] distance: 0
0 to 1 path: [0, 1] distance: 1
0 to 2 path: [0, 1, 3, 2] distance: 8
0 to 3 path: [0, 1, 3] distance: 4
0 to 4 path: [0, 1, 3, 2, 4] distance: 13
0 to 5 path: [0, 1, 3, 2, 4, 5] distance: 17
```
代码能够正确求出最短路径和路径长度。
# 4. 总结和感想
在本次实验中，我通过编程实现了 Dijkstra 算法，用于计算加权图中各节点之间的最短路径。在整个实验过程中，我深入理解了 Dijkstra 算法的核心思想及其在路由算法中的应用。
通过实现 Dijkstra 算法，我对其逐步选取未访问节点中距离最短的节点，并更新周围节点的最短路径的过程有了更深的理解。Dijkstra 算法在处理图中非负权重路径问题时非常高效，能够在多种网络环境下应用。
在实现过程中，我使用 Python 编写了 Dijkstra 算法，并成功运行程序验证了结果的正确性。代码清晰地展示了算法从初始节点出发，通过不断更新距离数组和路径数组来寻找最短路径的过程。
通过本次实验，我深刻体会到 Dijkstra 算法在计算机网络中的重要性。路由算法是网络通信的核心之一，能够高效找到最短路径对于提升网络性能至关重要。
在实验过程中，我意识到代码的优化和效率提升的重要性。尽管 Dijkstra 算法在小规模网络中表现良好，但在大规模网络中，如何进一步优化算法和提高效率是一个值得深入研究的课题。
本次实验不仅增强了我对算法的理解，也提升了我的编程能力。在未来的学习和工作中，我会继续通过实践和动手编程来巩固理论知识，提升实际解决问题的能力。