Come implementare l'algoritmo Dijkstra in Haskell

Question

Per i miei studi, devo scrivere la seguente funzione che ottiene il percorso più breve tra due paesi. Ho già già scritto una funzione isRoute che controlla se esiste una connessione tra due paesi e una funzione yieldRoute che restituisce solo una connessione tra due paesi. Ora devo codificare una funzione che restituisce il percorso più breve tra due paesi.

Il mio primo approccio era quello di ottenere tutte le connessioni tra i due paesi e quindi ottenere quello più breve, ma ottenere tutte le connessioni è un po 'fastidioso per programmare a mio parere. Ora mi viene in mente l'idea di implementare un algoritmo dijstra, ma in realtà lo trovo abbastanza difficile. Ragazzi, potete darmi qualche idea su come farlo?

Dobbiamo utilizzare questi tipi

type Country = String 
type Countries = [Country] 
type TravelTime = Integer -- Travel time in minutes 
data Connection = Air Country Country TravelTime 
    | Sea Country Country TravelTime 
    | Rail Country Country TravelTime 
    | Road Country Country TravelTime deriving (Eq,Ord,Show) 
type Connections = [Connection] 
data Itinerary = NoRoute | Route (Connections,TravelTime) deriving (Eq,Ord,Show) 

La mia funzione percorso di rendimento che è semplicemente ricerca in ampiezza (non c'è permesso di cambiarle, ma OFC c'è permesso di aggiungere nuovi tipi.): (Sry per i commenti tedeschi)

-- Liefert eine Route falls es eine gibt 
yieldRoute :: Connections -> Country -> Country -> Connections 
yieldRoute cons start goal 
      | isRoute cons start goal == False = [] 
      | otherwise      = getRoute cons start [] [start] goal 

getRoute :: Connections -> Country -> Connections -> Countries -> Country -> Connections 
getRoute cons c gone visited target 
      | (c == target) = gone 
      | otherwise = if (visit cons c visited) then (getRoute cons (deeper cons c visited) (gone ++ get_conn cons c (deeper cons c visited)) (visited ++ [(deeper cons c visited)]) target) else (getRoute cons (back (drop (length gone -1) gone)) (take (length gone -1) gone) visited target) 

-- Geht ein Land zurück 
back :: Connections -> Country 
back ((Air c1 c2 _):xs) = c1 
back ((Sea c1 c2 _):xs) = c1 
back ((Rail c1 c2 _):xs) = c1 
back ((Road c1 c2 _):xs) = c1 

-- Liefert das nächste erreichbare Country 
deeper :: Connections -> Country -> Countries -> Country 
deeper ((Air c1 c2 _):xs) c visited 
      | (c1 == c) = if (c2 `elem` visited) then (deeper xs c visited) else c2 
      | (c2 == c) = if (c1 `elem` visited) then (deeper xs c visited) else c1 
      | otherwise = deeper xs c visited 
deeper ((Sea c1 c2 _):xs) c visited 
      | (c1 == c) = if (c2 `elem` visited) then (deeper xs c visited) else c2 
      | (c2 == c) = if (c1 `elem` visited) then (deeper xs c visited) else c1 
      | otherwise = deeper xs c visited 
deeper ((Rail c1 c2 _):xs) c visited 
      | (c1 == c) = if (c2 `elem` visited) then (deeper xs c visited) else c2 
      | (c2 == c) = if (c1 `elem` visited) then (deeper xs c visited) else c1 
      | otherwise = deeper xs c visited 
deeper ((Road c1 c2 _):xs) c visited 
      | (c1 == c) = if (c2 `elem` visited) then (deeper xs c visited) else c2 
      | (c2 == c) = if (c1 `elem` visited) then (deeper xs c visited) else c1 
      | otherwise = deeper xs c visited 

-- Liefert eine Connection zwischen zwei Countries 
get_conn :: Connections -> Country -> Country -> Connections 
get_conn [] _ _ = error "Something went terribly wrong" 
get_conn ((Air c1 c2 t):xs) c3 c4 
      | (c1 == c3) && (c2 == c4) = [(Air c1 c2 t)] 
      | (c1 == c4) && (c2 == c3) = [(Air c1 c2 t)] 
      | otherwise    = get_conn xs c3 c4 
get_conn ((Sea c1 c2 t):xs) c3 c4 
      | (c1 == c3) && (c2 == c4) = [(Air c1 c2 t)] 
      | (c1 == c4) && (c2 == c3) = [(Air c1 c2 t)] 
      | otherwise    = get_conn xs c3 c4 
get_conn ((Road c1 c2 t):xs) c3 c4 
      | (c1 == c3) && (c2 == c4) = [(Air c1 c2 t)] 
      | (c1 == c4) && (c2 == c3) = [(Air c1 c2 t)] 
      | otherwise    = get_conn xs c3 c4 
get_conn ((Rail c1 c2 t):xs) c3 c4 
      | (c1 == c3) && (c2 == c4) = [(Air c1 c2 t)] 
      | (c1 == c4) && (c2 == c3) = [(Air c1 c2 t)] 
      | otherwise    = get_conn xs c3 c4 

-- Überprüft ob eine besuchbare Connection exestiert 
visit :: Connections -> Country -> Countries -> Bool 
visit [] _ _ = False 
visit ((Air c1 c2 _):xs) c visited 
       | (c1 == c) = if (c2 `elem` visited) then (visit xs c visited) else True 
       | (c2 == c) = if (c1 `elem` visited) then (visit xs c visited) else True 
       | otherwise = visit xs c visited 
visit ((Sea c1 c2 _):xs) c visited 
       | (c1 == c) = if (c2 `elem` visited) then (visit xs c visited) else True 
       | (c2 == c) = if (c1 `elem` visited) then (visit xs c visited) else True 
       | otherwise = visit xs c visited 
visit ((Rail c1 c2 _):xs) c visited 
       | (c1 == c) = if (c2 `elem` visited) then (visit xs c visited) else True 
       | (c2 == c) = if (c1 `elem` visited) then (visit xs c visited) else True 
       | otherwise = visit xs c visited 
visit ((Road c1 c2 _):xs) c visited 
       | (c1 == c) = if (c2 `elem` visited) then (visit xs c visited) else True 
       | (c2 == c) = if (c1 `elem` visited) then (visit xs c visited) else True 

Questo devo scrivere ora:

yieldFastestRoute :: Connections -> Country -> Country -> Itinerary 

Dijkst ra Algoritmo: http://en.wikipedia.org/wiki/Dijkstra%27s_algorithm

Il mio primo approccio è stato questo: (come ho detto ho avuto problemi con le getallRoutes)

yieldFastestRoute :: Connections -> Country -> Country -> Itinerary 
yieldFastestRoute cons start targ 
      |(isRoute start targ == False) = NoRoute 
      |otherwise     = (Route (getFastest (getAllRoutes cons start targ)) (sumTT (getFastest (getAllRoutes cons start targ)))) 

-- Liefert alle Routen zwischen zwei Ländern 
getAllRoutes :: Connections -> Country -> Country -> [Connections] 

-- Liefert aus einer Reihe von Connections die schnellste zurück 
getFastest :: [Connections] -> Connections 
getFastest (x:xs) = if ((sumTT x) < sumTT (getFastest xs) || null (getFastest xs)) then x else (getFastest xs) 

sumTT :: Connections -> TravelTime 
sumTT []     = 0 
sumTT ((Air _ _ t): xs) = t ++ sumTT xs 
sumTT ((Rail _ _ t): xs) = t ++ sumTT xs 
sumTT ((Road _ _ t): xs) = t ++ sumTT xs 
sumTT ((Sea _ _ t): xs) = t ++ sumTT xs 

Io fondamentalmente voglio sapere che cosa è il modo migliore per attuare Dijkstra in Haskell, o se c'è un altro approccio che potrei seguire.

Answer 1

Ci è una meravigliosa e brillante introduzione a questo argomento di Andrew Goldberg e Simon Peyton Jones: http://www.ukuug.org/events/agm2010/ShortestPath.pdf

Mi ha aiutato a capire il problema, prima di scrivere qualsiasi codice. Spiega molto bene l'algoritmo di Dijkstra, dopo di che lo troverete facile da implementare. Fornisce inoltre ogni sorta di miglioramento dell'algoritmo originale, che molto probabilmente ti ispirerà tanto quanto mi ha ispirato.

Answer 2

Sembra che tu abbia codificato gran parte dell'algoritmo

Qui è un progetto da Martin Erwig in Haskell che può aiutare a darvi alcune idee

-- SP.hs -- Dijkstra's Shortest Path Algorithm (c) 2000 by Martin Erwig 
module SP (
    spTree,spLength,sp,  -- shortest paths 
    dijkstra 
) where 

import qualified Heap as H 
import Graph 
import RootPath 
expand :: Real b => b -> LPath b -> Context a b -> [H.Heap (LPath b)] 
expand d p (_,_,_,s) = map (\(l,v)->H.unit ((v,l+d):p)) s 
dijkstra :: Real b => H.Heap (LPath b) -> Graph a b -> LRTree b 
dijkstra h g | H.isEmpty h || isEmpty g = [] 
dijkstra h g = 
    case match v g of 
     (Just c,g') -> p:dijkstra (H.mergeAll (h':expand d p c)) g' 
     (Nothing,g') -> dijkstra h' g' 
    where (p@((v,d):_),h') = H.splitMin h 

spTree :: Real b => Node -> Graph a b -> LRTree b 
spTree v = dijkstra (H.unit [(v,0)]) 
spLength :: Real b => Node -> Node -> Graph a b -> b 
spLength s t = getDistance t . spTree s 
sp :: Real b => Node -> Node -> Graph a b -> Path 
sp s t = map fst . getLPath t . spTree s 

Il resto modules are here