Cosmetics.
[mtp.git] / mtp_graph.cc
index 6537a7f..aa294b4 100644 (file)
@@ -30,11 +30,12 @@ using namespace std;
 
 class Edge {
 public:
-  int id, occupied;
+  int occupied;
   scalar_t length, positivized_length;
   Vertex *origin_vertex, *terminal_vertex;
 
-  // These are the links in the origin_vertex leaving edge list
+  // These fields are used for the linked list of a vertex's leaving
+  // edge list. We have to do insertions / deletions.
   Edge *next_leaving_edge, *pred_leaving_edge;
 
   inline void invert();
@@ -42,13 +43,10 @@ public:
 
 class Vertex {
 public:
-  int id;
   Edge *leaving_edges;
   scalar_t distance_from_source;
   Edge *pred_edge_toward_source;
-
-  int last_change; // Used to mark which edges have already been
-                   // processed in some methods
+  Vertex **heap_slot;
 
   Vertex();
 
@@ -95,6 +93,15 @@ void Vertex::del_leaving_edge(Edge *e) {
 
 //////////////////////////////////////////////////////////////////////
 
+static int compare_vertex(const void *v1, const void *v2) {
+  scalar_t delta =
+    (*((Vertex **) v1))->distance_from_source -
+    (*((Vertex **) v2))->distance_from_source;
+  if(delta < 0) return -1;
+  else if(delta > 0) return 1;
+  else return 0;
+}
+
 MTPGraph::MTPGraph(int nb_vertices, int nb_edges,
                    int *vertex_from, int *vertex_to,
                    int source, int sink) {
@@ -103,33 +110,44 @@ MTPGraph::MTPGraph(int nb_vertices, int nb_edges,
 
   _edges = new Edge[_nb_edges];
   _vertices = new Vertex[_nb_vertices];
-  _front = new Vertex *[_nb_vertices];
-  _new_front = new Vertex *[_nb_vertices];
+  _heap = new Vertex *[_nb_vertices];
+  _dp_order = new Vertex *[_nb_vertices];
 
   _source = &_vertices[source];
   _sink = &_vertices[sink];
 
-  for(int k = 0; k < _nb_vertices; k++) {
-    _vertices[k].id = k;
-  }
-
   for(int e = 0; e < nb_edges; e++) {
     _vertices[vertex_from[e]].add_leaving_edge(_edges + e);
     _edges[e].occupied = 0;
-    _edges[e].id = e;
     _edges[e].origin_vertex = _vertices + vertex_from[e];
     _edges[e].terminal_vertex = _vertices + vertex_to[e];
   }
 
+  for(int v = 0; v < _nb_vertices; v++) {
+    _heap[v] = &_vertices[v];
+    _vertices[v].heap_slot = &_heap[v];
+  }
+
   paths = 0;
   nb_paths = 0;
+
+  if(compute_dp_distances()) {
+    // Here the distance_from_source field of every vertex is the
+    // number of DP iterations needed to update it. Hence we only have
+    // to process the vertex in that order.
+    for(int v = 0; v < _nb_vertices; v++) { _dp_order[v] = &_vertices[v]; }
+    qsort(_dp_order, _nb_vertices, sizeof(Vertex *), compare_vertex);
+  } else {
+    cerr << __FILE__ << ": This graph is not a DAG." << endl;
+    abort();
+  }
 }
 
 MTPGraph::~MTPGraph() {
   delete[] _vertices;
+  delete[] _dp_order;
+  delete[] _heap;
   delete[] _edges;
-  delete[] _front;
-  delete[] _new_front;
   for(int p = 0; p < nb_paths; p++) delete paths[p];
   delete[] paths;
 }
@@ -139,9 +157,9 @@ MTPGraph::~MTPGraph() {
 void MTPGraph::print(ostream *os) {
   for(int k = 0; k < _nb_edges; k++) {
     Edge *e = _edges + k;
-    (*os) << e->origin_vertex->id
+    (*os) << e->origin_vertex - _vertices
          << " -> "
-         << e->terminal_vertex->id
+         << e->terminal_vertex - _vertices
          << " "
          << e->length;
     if(e->occupied) {
@@ -156,11 +174,14 @@ void MTPGraph::print_dot(ostream *os) {
   (*os) << "        rankdir=\"LR\";" << endl;
   (*os) << "        node [shape=circle,width=0.75,fixedsize=true];" << endl;
   (*os) << "        edge [color=gray,arrowhead=open]" << endl;
-  (*os) << "        " << _source->id << " [peripheries=2];" << endl;
-  (*os) << "        " << _sink->id << " [peripheries=2];" << endl;
+  (*os) << "        " << _source - _vertices << " [peripheries=2];" << endl;
+  (*os) << "        " << _sink - _vertices << " [peripheries=2];" << endl;
   for(int k = 0; k < _nb_edges; k++) {
     Edge *e = _edges + k;
-    (*os) << "        " << e->origin_vertex->id << " -> " << e->terminal_vertex->id
+    (*os) << "        "
+          << e->origin_vertex - _vertices
+          << " -> "
+          << e->terminal_vertex - _vertices
           << " [";
     if(e->occupied) {
       (*os) << "style=bold,color=black,";
@@ -191,124 +212,164 @@ void MTPGraph::force_positivized_lengths() {
     if(e->positivized_length < 0) {
 
 #ifdef VERBOSE
-      if((e->origin_vertex->last_change < 0 && e->terminal_vertex->last_change >= 0) ||
-         (e->origin_vertex->last_change >= 0 && e->terminal_vertex->last_change < 0)) {
-        cout << "Inconsistent non-connexity (this should never happen)." << endl;
-        abort();
-      }
-      if(e->origin_vertex->last_change >= 0 &&
-         e->terminal_vertex->last_change >= 0 &&
-         e->positivized_length < 0) {
-        residual_error -= e->positivized_length;
-        max_error = max(max_error, - e->positivized_length);
-      }
+      residual_error -= e->positivized_length;
+      max_error = max(max_error, - e->positivized_length);
 #endif
       e->positivized_length = 0.0;
     }
   }
 #ifdef VERBOSE
-  cerr << "residual_error " << residual_error << " max_error " << residual_error << endl;
+  cerr << __FILE__ << ": residual_error " << residual_error << " max_error " << residual_error << endl;
 #endif
 }
 
-int MTPGraph::is_dag() {
+int MTPGraph::compute_dp_distances() {
   Vertex *v;
   Edge *e;
 
-  // We put everybody in the front
+  Vertex **active = new Vertex *[_nb_vertices];
+
+  // We put everybody in the active
   for(int k = 0; k < _nb_vertices; k++) {
-    _vertices[k].last_change = -1;
-    _front[k] = &_vertices[k];
+    _vertices[k].distance_from_source = 0;
+    active[k] = &_vertices[k];
   }
 
-  int iteration = 0;
-  int front_size = _nb_vertices, pred_front_size;
+  int iteration = 1;
+  int nb_active = _nb_vertices, pred_nb_active;
 
   do {
-    // We set the last_change field of all the vertices with incoming
+    // We set the distance_from_source field of all the vertices with incoming
     // edges to the current iteration value
-    for(int f = 0; f < front_size; f++) {
-      v = _front[f];
+    for(int f = 0; f < nb_active; f++) {
+      v = active[f];
       for(e = v->leaving_edges; e; e = e->next_leaving_edge) {
-        e->terminal_vertex->last_change = iteration;
+        e->terminal_vertex->distance_from_source = iteration;
       }
     }
 
-    pred_front_size = front_size;
-    front_size = 0;
+    pred_nb_active = nb_active;
+    nb_active = 0;
 
     // We keep all the vertices with incoming nodes
-    for(int f = 0; f < pred_front_size; f++) {
-      v = _front[f];
-      if(v->last_change == iteration) {
-        _front[front_size++] = v;
+    for(int f = 0; f < pred_nb_active; f++) {
+      v = active[f];
+      if(v->distance_from_source == iteration) {
+        active[nb_active++] = v;
       }
     }
 
     iteration++;
-  } while(front_size < pred_front_size);
+  } while(nb_active < pred_nb_active);
 
-  return front_size == 0;
+  delete[] active;
+
+  return nb_active == 0;
 }
 
-// This method does not change the edge occupation. It only set
-// properly, for every vertex, the fields distance_from_source and
-// pred_edge_toward_source.
+void MTPGraph::decrease_distance_in_heap(Vertex *v) {
+  Vertex **p, **h;
+  // There is some beauty in that
+  h = v->heap_slot;
+  while(h > _heap &&
+        (p = _heap + (h - _heap + 1) / 2 - 1,
+         (*p)->distance_from_source > (*h)->distance_from_source)) {
+    swap(*p, *h);
+    swap((*p)->heap_slot, (*h)->heap_slot);
+    h = p;
+  }
+}
 
-void MTPGraph::find_shortest_path() {
-  Vertex **tmp_front;
+void MTPGraph::increase_distance_in_heap(Vertex *v) {
+  Vertex **c1, **c2, **h;
+  // There is some beauty in that
+  h = v->heap_slot;
+  while(c1 = _heap + 2 * (h - _heap + 1) - 1, c2 = c1 + 1,
+        (c1 < _heap + _heap_size && (*c1)->distance_from_source < (*h)->distance_from_source)
+        ||
+        (c2 < _heap + _heap_size && (*c2)->distance_from_source < (*h)->distance_from_source)
+        ) {
+    if(c1 < _heap + _heap_size &&
+     !(c2 < _heap + _heap_size && (*c2)->distance_from_source < (*c1)->distance_from_source)){
+      swap(*c1, *h);
+      swap((*c1)->heap_slot, (*h)->heap_slot);
+      h = c1;
+    } else {
+      swap(*c2, *h);
+      swap((*c2)->heap_slot, (*h)->heap_slot);
+      h = c2;
+    }
+  }
+}
+
+void MTPGraph::dp_distance_propagation() {
   Vertex *v, *tv;
   Edge *e;
   scalar_t d;
 
-#ifdef DEBUG
-  if(is_dag()) {
-    cout << "find_shortest_path: DAG -> ok" << endl;
-  } else {
-    for(int e = 0; e < _nb_edges; e++) {
-      if(_edges[e].positivized_length < 0)  abort();
+  for(int k = 0; k < _nb_vertices; k++) {
+    _vertices[k].distance_from_source = FLT_MAX;
+    _vertices[k].pred_edge_toward_source = 0;
+  }
+
+  _source->distance_from_source = 0;
+
+  for(int k = 0; k < _nb_vertices; k++) {
+    v = _dp_order[k];
+    for(e = v->leaving_edges; e; e = e->next_leaving_edge) {
+      d = v->distance_from_source + e->positivized_length;
+      tv = e->terminal_vertex;
+      if(d < tv->distance_from_source) {
+        tv->distance_from_source = d;
+        tv->pred_edge_toward_source = e;
+        decrease_distance_in_heap(tv);
+      }
     }
-    cout << "find_shortest_path: All positivized_length are positive -> ok" << endl;
   }
-#endif
+}
+
+// This method does not change the edge occupation. It only sets
+// properly, for every vertex, the fields distance_from_source and
+// pred_edge_toward_source.
+
+void MTPGraph::find_shortest_path() {
+  Vertex *v, *tv, **a, **b;
+  Edge *e;
+  scalar_t d;
 
   for(int k = 0; k < _nb_vertices; k++) {
     _vertices[k].distance_from_source = FLT_MAX;
     _vertices[k].pred_edge_toward_source = 0;
-    _vertices[k].last_change = -1;
   }
 
-  int iteration = 0;
-
-  int front_size = 0, new_front_size;
-  _front[front_size++] = _source;
+  _heap_size = _nb_vertices;
   _source->distance_from_source = 0;
+  decrease_distance_in_heap(_source);
 
   do {
-    new_front_size = 0;
-
-    for(int f = 0; f < front_size; f++) {
-      v = _front[f];
-      for(e = v->leaving_edges; e; e = e->next_leaving_edge) {
-        d = v->distance_from_source + e->positivized_length;
-        tv = e->terminal_vertex;
-        if(d < tv->distance_from_source) {
-          tv->distance_from_source = d;
-          tv->pred_edge_toward_source = e;
-          if(tv->last_change < iteration) {
-            _new_front[new_front_size++] = tv;
-            tv->last_change = iteration;
-          }
-        }
+    // Get the closest to the source
+    v = _heap[0];
+
+    // Remove it from the heap (swap it with the last in the heap, and
+    // update the distance of that one)
+    _heap_size--;
+    a = _heap;
+    b = _heap + _heap_size;
+    swap(*a, *b); swap((*a)->heap_slot, (*b)->heap_slot);
+    increase_distance_in_heap(_heap[0]);
+
+    // Now update the neighbors of the currently closest to the source
+    for(e = v->leaving_edges; e; e = e->next_leaving_edge) {
+      d = v->distance_from_source + e->positivized_length;
+      tv = e->terminal_vertex;
+      if(d < tv->distance_from_source) {
+        ASSERT(tv->heap_slot - _heap < _heap_size);
+        tv->distance_from_source = d;
+        tv->pred_edge_toward_source = e;
+        decrease_distance_in_heap(tv);
       }
     }
-
-    tmp_front = _new_front; _new_front = _front; _front = tmp_front;
-
-    front_size = new_front_size;
-
-    iteration++;
-  } while(front_size > 0);
+  } while(_heap_size > 0);
 }
 
 void MTPGraph::find_best_paths(scalar_t *lengths) {
@@ -322,10 +383,9 @@ void MTPGraph::find_best_paths(scalar_t *lengths) {
     _edges[e].positivized_length = _edges[e].length;
   }
 
-  // We call find_shortest_path here to set properly the distances to
-  // the source, so that we can make all the edge lengths positive at
-  // the first iteration.
-  find_shortest_path();
+  // Update the distance to the source in "good order"
+
+  dp_distance_propagation();
 
   do {
     update_positivized_lengths();
@@ -346,7 +406,7 @@ void MTPGraph::find_best_paths(scalar_t *lengths) {
       // If that length is negative
       if(total_length < 0.0) {
 #ifdef VERBOSE
-        cerr << "Found a path of length " << total_length << endl;
+        cerr << __FILE__ << ": Found a path of length " << total_length << endl;
 #endif
         // Invert all the edges along the best path
         v = _sink;
@@ -376,13 +436,13 @@ int MTPGraph::retrieve_one_path(Edge *e, Path *path) {
   int l = 0, nb_occupied_next;
 
   if(path) {
-    path->nodes[l++] = e->origin_vertex->id;
+    path->nodes[l++] = e->origin_vertex - _vertices;
     path->length = e->length;
   } else l++;
 
   while(e->terminal_vertex != _sink) {
     if(path) {
-      path->nodes[l++] = e->terminal_vertex->id;
+      path->nodes[l++] = e->terminal_vertex - _vertices;
       path->length += e->length;
     } else l++;
 
@@ -393,12 +453,12 @@ int MTPGraph::retrieve_one_path(Edge *e, Path *path) {
 
 #ifdef DEBUG
     if(nb_occupied_next == 0) {
-      cerr << "retrieve_one_path: Non-sink end point." << endl;
+      cerr << __FILE__ << ": retrieve_one_path: Non-sink end point." << endl;
       abort();
     }
 
     else if(nb_occupied_next > 1) {
-      cerr << "retrieve_one_path: Non node-disjoint paths." << endl;
+      cerr << __FILE__ << ": retrieve_one_path: Non node-disjoint paths." << endl;
       abort();
     }
 #endif
@@ -407,7 +467,7 @@ int MTPGraph::retrieve_one_path(Edge *e, Path *path) {
   }
 
   if(path) {
-    path->nodes[l++] = e->terminal_vertex->id;
+    path->nodes[l++] = e->terminal_vertex - _vertices;
     path->length += e->length;
   } else l++;