A straightforward dynamic programming method for the single-source shortest paths problem (SSSP) in an edge-weighted directed acyclic graph (DAG) processes the vertices in a topologically sorted order. First, we similarly iterate this method alternatively in a breadth-first search sorted order and the reverse order on an input directed graph with both positive and negative real edge weights, $n$ vertices and $m$ edges. For a positive integer $t,$ after $O(t)$ iterations in $O(tm)$ time, we obtain for each vertex $v$ a path distance from the source to $v$ not exceeding that yielded by the shortest path from the source to $v$ among the so called {\em$ t+$light paths}. A directed path between two vertices is $t+$light if it contains at most $t$ more edges than the minimum edge-cardinality directed path between these vertices. After $O(n)$ iterations, we obtain an $O(nm)$-time solution to SSSP in directed graphs with real edge weights matching that of Bellman and Ford. Our main result is an output-sensitive algorithm for the all-pairs shortest paths problem (APSP) in DAGs with positive and negative real edge weights. It runs in time $O(\min \{n^{\omega}, nm+n^2\log n\}+\sum_{v\in V}\text{indeg}(v)|\text{leaf}(T_v)|),$ where $n$ is the number of vertices, $m$ is the number of edges, $\omega$ is the exponent of fast matrix multiplication, $\text{indeg}(v)$ stands for the indegree of $v,$ $T_v$ is a tree of lexicographically-first shortest directed paths from all ancestors of $v$ to $v$, and $\text{leaf}(T_v)$ is the set of leaves in $T_v.$ Finally, we discuss an extension of hypothetical improved upper time-bounds for APSP in non-negatively edge-weighted DAGs to include directed graphs with a polynomial number of large directed cycles.


翻译:用于单源最短路径问题(SSSP)的直线动态编程方法( SSSP) 。 对于正整数 美元, 以利比重调整 美元, 以利比重调整, 以利比重调整 。 首先, 我们同样地在宽度第一次搜索排序和输入方向图的反序中反复采用这种方法, 其正负真实边际重量为正值, 以美元, 以利比值递增, 以美元, 以利比值递增, 以利比值递增 。 美元 以利比值调整后, 以利比值 美元从源到 美元路径处理 美元, 以利比值从源到 美元 。 以利比值 美元, 以利比值 美元, 以利比值 美元, 以利比值 美元, 以利比值 美元, 以利比值递增比值 。

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