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

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

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

$ 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。

5.2 KiB Raw Blame History Unescape Escape