javadijkstra算法
给你个算graph上最短路径的比较流行的方法
Algorithm Dijkstra(V, E, cost, s)
T ;
Cost(V[s]) 0
Prev(V[s]) none
for i 0 to length[V] - 1 do
if (i 6= s) then
Cost(V[i]) +1
Prev(V[i]) none
Build heap NotInTree from V
for i 1 to length[V] do
u DeleteMin(NotInTree)
add (u, Prev(u)) to T
for each neighbor v of u do
if (Cost(v) > Cost(u) + cost(u,v)) then
Cost(v) Cost(u) + cost(u,v)
Prev(v) u
return T
Ⅱ 题目1:一个简单的算法演示程序(JAVA语言实现)
1. 选择一个算法(提供选择见下),利用各种方法(图形、动画等)演示算法的演示过程。
2. 可以进行手动演示,也可以自动步进式演示。
3. 允许用户设置算法的各个输入参数,以及自动步进式演示中的时间间隔。
4. 不同的算法输入要求见下。
界面要求:
1. 尽量使用图形界面实现,要符合日常软件使用规范来设计菜单和界面。
2. 如果无法实现图形界面,则在命令行方式下也需要提供菜单,方便用户操作。
其他要求:
1. 标识符命名遵循Windows命名规范。
2. 能够注意各种异常处理,注重提高程序运行效率。
提交内容:
1. 全部源代码。
2. 软件设计和使用说明书(UML类图;实现的功能、主要技术;使用帮助文档)
参考算法:
1. 最小生成树算法:Prim算法、Kruskal算法。允许以下方式输入一个图形:绘制图形、输入邻接矩阵、输入边及其关联的顶点。要求在图形方式下进行演示算法执行步骤。
2. 单源最短路算法:Dijkstra算法。允许以下方式输入一个图形:绘制图形、输入邻接矩阵、输入边及其关联的顶点。要求在图形方式下进行演示算法执行步骤。
3. 最优编码算法:Huffman编码算法。允许用户输入一段英文文字,或者打开一个txt文档(英文内容),据此文档内容进行编码。要求动态列出每个字符的出现概率统计结果以及对应编码。
4. 其他可供演示的具有一定难度的算法,如关键路径问题、有向图的极大连通分支等。
Ⅲ 求数据结构公交线路咨询的代码用java,其中求最短路径用Floyd算法
不知道你想怎么搞 反正感觉A*算法也可以,网上一大堆,还有就是Dijkstra算法
Ⅳ 求大佬用java帮我实现dijkstra算法,单源最短路径
python">import heapq
from collections import defaultdict
edges = [["A","B"],["A","D"],["A","E"],["B","C"],["C","E"],["D","E"],["D","C"]]
dist = [10,30,100,50,10,60,20]
res = []
def dijkstra(e,dist,start,end):
hm = defaultdict(list)
for i in range(len(e)):
hm[e[i][0]].append((e[i][1],dist[i]))
r = {}
r[start] = 0
q = [(0,start,[start])]
while q:
dis,node,res = heapq.heappop(q)
if node == end:
return dis,res
for u,v in hm[node]:
t = dis+v
if u not in r or t < r[u]:
r[u] = t
heapq.heappush(q,(t,u,res+[u]))
return 0,[]
dijkstra(edges,dist,"A","E")
Ⅳ webService 请求报错: Caused by: java.lang.NoSuchMethodError: javax.wsdl.xml.WSDLReader.readWSD
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Ⅵ 一个有关于java的算法问题,求高手协做
//参考别人的,自己就懒得写了,你拿去参考参考...
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
public class Dijkstra {
private int[][] graph;// 加权有向图
private int start;// 源点编号 从 0开始
private int dimention;
static int INF = Integer.MAX_VALUE / 100;
// 用于标记顶点是否已经计算
private Set<Integer> vertexSet = new HashSet<Integer>();
// 存储结果,Map的key对应各终点编号,value对应路径编号列表。
private Map<Integer, List<Integer>> pathListMap = new HashMap<Integer, List<Integer>>();
public Dijkstra(int[][] graph, int start) {
this.graph = graph;
this.start = start;
this.dimention = graph.length;
calculate();
}
private void calculate() {
// 初始化
for (int end = 0; end < dimention; end++) {
if (end == start) {
continue;
}// 起始点自己的路径排除。
List<Integer> pathList = new ArrayList<Integer>();
pathList.add(start);// 每条路径的起始点都为start,pathList只记录编号,不记录路径权值
pathList.add(end);// 每条路径的第二个参数为终点编号
pathListMap.put(end, pathList);
}
// 计算主体
for (int bridge = 0; bridge < dimention; bridge++) {
if (bridge == start) {
continue;
}
if (!vertexSet.contains(bridge)) {// 确保每个基点只循环计算一次
for (int next = 0; next < dimention; next++) {
if (next == start || next == bridge) {
continue;
}
if (startTo(bridge) + getRawLength(bridge, next) < startTo(next)) {
List<Integer> pathList = pathListMap.get(next);
List<Integer> bridgePathList = pathListMap.get(bridge);
// 清空,使用新的
pathList.clear();
pathList.addAll(bridgePathList);
pathList.add(next);
}
}
}
vertexSet.add(bridge);
}
// 检查,是否桥接的路径都被更新
for (int end = 0; end < dimention; end++) {
if (end == start) {
continue;
}
List<Integer> pathList = pathListMap.get(end);
int size = pathList.size();
if (size > 2) {
for (int end2 = 0; end2 < dimention; end2++) {
int isEnd = pathList.get(size - 2);
if (end2 == isEnd) {
pathList.clear();
pathList.addAll(pathListMap.get(end2));
pathList.add(end);
}
}
}
}
}
private int startTo(int end) {
int pathLen = 0;
List<Integer> pathList = pathListMap.get(end);
for (int i = 0; i < pathList.size() - 1; i++) {
pathLen += graph[pathList.get(i)][pathList.get(i + 1)];
}
return pathLen;
}
private int getRawLength(int start, int end) {
if (end == start) {
return 0;
}
return graph[start][end];
}
public int getLength(int end) {
if (end == start) {
return 0;
}
return startTo(end);
}
public void printResult() {
System.out.println(pathListMap);
}
public Map<Integer, List<Integer>> getPathListMap() {
return pathListMap;
}
public static void main(String[] args) {
/*
* int [][] graph = { { INF, 10, INF, 30, 100}, { INF, INF, 50, INF,
* INF}, { INF, INF, INF, INF, 10}, { INF, INF, 20, INF, 60}, { INF,
* INF, INF, INF, INF}};
*/
int[][] graph = { { INF, INF, 10, INF, 30, 100 },
{ INF, INF, 5, INF, INF, INF },
{ INF, INF, INF, 50, INF, INF },
{ INF, INF, INF, INF, INF, 10 },
{ INF, INF, INF, 20, INF, 60 },
{ INF, INF, INF, INF, INF, INF }, };
int start = 0;
int end = 0;
int length = graph.length;
for (start = 0; start < length; start++) {
System.out.println();
Dijkstra dijkstra = new Dijkstra(graph, start);
dijkstra.printResult();
for (end = 0; end < length; end++) {
if (end == start) {
continue;
}
int len = dijkstra.getLength(end);
System.out.println(" Length(" + start + "-" + end + ") = "
+ ((len == INF) ? "Infinity" : len));
}
}
}
}
Ⅶ 自然语言处理(NLP)的基础难点:分词算法
自然语言处理(NLP,Natural Language Processing)是人工智能领域中的一个重要方向,主要研究人与计算机之间用自然语言进行有效通信的各种理论和方法。自然语言处理的底层任务由易到难大致可以分为词法分析、句法分析和语义分析。分词是词法分析(还包括词性标注和命名实体识别)中最基本的任务,也是众多NLP算法中必不可少的第一步,其切分准确与否往往与整体结果息息相关。
金融领域分词的难点
分词既简单又复杂。简单是因为分词的算法研究已经很成熟了,大部分的算法(如HMM分词、CRF分词)准确率都可以达到95%以上;复杂则是因为剩下的5%很难有突破,主要可以归结于三点:
▲粒度,即切分时的最小单位,不同应用对粒度的要求不一样,比如“融资融券”可以是一个词也可以是两个词
▲歧义,比如“恒生”一词,既可指恒生公司,又可指恒生指数
▲未登录词,即未出现在算法使用的词典中的词,比如不常见的专业金融术语,以及各种上市公司的名称
在金融领域中,分词也具有上述三个难点,并且在未登录词方面的难点更为突出,这是因为金融类词汇本来就多,再加上一些专有名词不仅有全称还有简称,这就进一步增大了难度。
在实际应用中,以上难点时常会造成分词效果欠佳,进而影响之后的任务。尤其是在一些金融业务中,有许多需要与用户交互的场景,某些用户会用口语化的词汇描述业务,如果分词错误会影响用户意图的解析,这对分词的准确性提出了更高的要求。因此在进行NLP上层应用开发时,需要对分词算法有一定的了解,从而在效果优化时有能力对分词器进行调整。接下来,我们介绍几种常用的分词算法及其应用在金融中的优劣。
几种常见的分词算法
分词算法根据其核心思想主要分为两种:
第一种是基于字典的分词,先把句子按照字典切分成词,再寻找词的最佳组合方式,包括最大匹配分词算法、最短路径分词算法、基于N-Gram model的分词算法等;
第二种是基于字的分词,即由字构词,先把句子分成一个个字,再将字组合成词,寻找最优的切分策略,同时也可以转化成序列标注问题,包括生成式模型分词算法、判别式模型分词算法、神经网络分词算法等。
最大匹配分词寻找最优组合的方式是将匹配到的最长词组合在一起,主要的思路是先将词典构造成一棵Trie树(也称为字典树),Trie树由词的公共前缀构成节点,降低了存储空间的同时可以提升查找效率。
最大匹配分词将句子与Trie树进行匹配,在匹配到根结点时由下一个字重新开始进行查找。比如正向(从左至右)匹配“他说的确实在理”,得出的结果为“他/说/的确/实在/理”。如果进行反向最大匹配,则为“他/说/的/确实/在理”。
这种方式虽然可以在O(n)时间对句子进行分词,但是只单向匹配太过绝对,尤其是金融这种词汇较丰富的场景,会出现例如“交易费/用”、“报价单/位”等情况,所以除非某些词的优先级很高,否则要尽量避免使用此算法。
最短路径分词算法首先将一句话中的所有词匹配出来,构成词图(有向无环图DAG),之后寻找从起始点到终点的最短路径作为最佳组合方式,例:
我们认为图中每个词的权重都是相等的,因此每条边的权重都为1。
在求解DAG图的最短路径问题时,总是要利用到一种性质:即两点之间的最短路径也包含了路径上其他顶点间的最短路径。比如S->A->B->E为S到E到最短路径,那S->A->B一定是S到B到最短路径,否则会存在一点C使得d(S->C->B)<d(S->A->B),那S到E的最短路径也会变为S->C->B->E,这就与假设矛盾了。利用上述的最优子结构性质,可以利用贪心算法或动态规划两种求解算法:
(1)基于Dijkstra算法求解最短路径,该算法适用于所有带权有向图,求解源节点到其他所有节点的最短路径,并可以求得全局最优解;
(2)N-最短路径分词算法,该方法是对Dijkstra算法的扩展,在每一步保存最短的N条路径,并记录这些路径上当前节点的前驱,在最后求得最优解时回溯得到最短路径。这种方法的准确率优于Dijkstra算法,但在时间和空间复杂度上都更大。
相较于最大匹配分词算法,最短路径分词算法更加灵活,可以更好地把词典中的词组合起来,能更好地解决有歧义的场景。比如上述“他说的确实在理”这句话,用最短路径算法的计算结果为“他/说/的/确实/在理”,避免了正向最大匹配的错误。但是对于词典中未存在的词基本没有识别能力,无法解决金融领域分词中的“未登录词”难点。
N-Gram(又称N元语法模型)是基于一个假设:第n个词出现与前n-1个词相关,而与其他任何词不相关。在此种假设下,可以简化词的条件概率,进而求解整个句子出现的概率。
现实中,常用词的出现频率或者概率肯定比罕见词要大。因此,可以将求解词图最短路径的问题转化为求解最大概率路径的问题,即分词结果为“最有可能的词的组合“。
计算词出现的概率,仅有词典是不够的,还需要充足的语料,所以分词任务已经从单纯的“算法”上升到了“建模”,即利用统计学方法结合大数据挖掘,对“语言”(句子出现的概率)进行建模。
我们将基于N-gram模型所统计出的概率分布应用到词图中,可以得到词的概率图。对该词图用最短路径分词算法求解最大概率的路径,即可得到分词结果。
相较于前两种分词算法,基于N-Gram model的分词算法对词频进行了统计建模,在切分有歧义的时候力求得到全局最优值,比如在切分方案“证券/自营/业务”和“证券/自/营业/务”中,统计出“证券/自营/业务”出现的概率更大,因此结果有更高的准确率。但也依然无法解决金融场景中未登录词的问题。
生成式模型主要有隐马尔可夫模型(HMM,Hidden Markov Model)、朴素贝叶斯分类等。HMM是常用的分词模型,基于Python的jieba分词器和基于Java的HanLP分词器都使用了HMM。
HMM模型认为在解决序列标注问题时存在两种序列,一种是观测序列,即人们显性观察到的句子,另一种是隐状态序列,即观测序列的标签。假设观测序列为X,隐状态序列是Y,则因果关系为Y->X。因此要得到标注结果Y,必须对X的概率、Y的概率、P(X|Y)进行计算,即建立P(X,Y)的概率分布模型。
HMM算法可以在一定程度上解决未登录词的问题,但生成式模型的准确率往往没有接下来要谈到的判别式模型高。
判别式模型主要有感知机、支持向量机(SVM,Support Vector Machine)、条件随机场(CRF,Conditional Random Field)、最大熵模型等,其中感知机模型和CRF模型是常用的分词模型。
(1)平均感知机分词算法
感知机是一种简单的二分类线性模型,通过构造超平面,将特征空间(输入空间)中的样本分为正负两类。通过组合,感知机也可以处理多分类问题。但由于每次迭代都会更新模型的所有权重,被误分类的样本会造成很大影响,因此采用平均的方法,在处理完一部分样本后对更新的权重进行平均。
(2)CRF分词算法
CRF可以看作一个无向图模型,假设给定的标注序列为Y,观测序列为X,CRF对条件概率P(Y|X)进行定义,而不是对联合概率建模。
平均感知机算法虽然速度快,但仍不够准确。适合一些对速度要求高、对准确性要求相对不那么高的场景。CRF分词算法可以说是目前最常用的分词、词性标注和实体识别算法,它对未登陆词也有很好的识别能力,是目前在速度、准确率以及未登录词识别上综合表现最突出的算法,也是我们目前所采用的解决方案,但速度会比感知机慢一些。
在NLP中,最常用的神经网络为循环神经网络(RNN,Recurrent Neural Network),它在处理变长输入和序列输入问题中有着巨大的优势。LSTM(Long Short-Term Memory,长短期记忆网络)为RNN变种的一种,在一定程度上解决了RNN在训练过程中梯度消失和梯度爆炸的问题。
目前对于序列标注任务,业内公认效果最好的模型是BiLSTM+CRF。相比于上述其它模型,双向循环神经网络BiLSTM,可以更好地编码当前字等上下文信息,并在最终增加CRF层,核心是用Viterbi算法进行解码,以得到全局最优解,避免B,S,E这种不可能的标记结果的出现,提高准确率。
神经网络分词虽然能在准确率、未登录词识别上有更好的表现,但RNN无法并行计算,在速度上没有优势,所以该算法通常在算法研究、句子精确解析等对速度要求不高的场景下使用。
分词作为NLP底层任务之一,既简单又重要,很多时候上层算法的错误都是由分词结果导致的。因此,对于底层实现的算法工程师,不仅需要深入理解分词算法,更需要懂得如何高效地实现和调试。
而对于上层应用的算法工程师,在实际分词时,需要根据业务场景有选择地应用上述算法,比如在搜索引擎对大规模网页进行内容解析时,对分词对速度要求大于精度,而在智能问答中由于句子较短,对分词的精度要求大于速度。
Ⅷ 求java实现矩阵图上任意两点的最短路径源码
我用的是递归调用方法,有个小问题就是在打印步数的时候是返向的,原因是就是程序不断的调用自己,到最后判断基值位准退出调用。这才开始从栈里取出方法进行执行的原因。
代码欣赏:
publicstaticintstep=1;
=newStringBuffer();
publicstaticint[][]maze={{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},
{1,0,1,0,1,0,0,0,0,0,1},
{1,0,1,0,0,0,1,0,1,1,1},
{1,0,0,0,1,0,1,0,0,0,1},
{1,0,1,1,0,0,1,0,0,1,1},//0代表可以通过,1代表不可通过
{1,0,1,0,1,1,0,1,0,0,1},
{1,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1},
{1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1},
{1,0,0,1,0,0,1,0,1,0,1},
{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1}};
publicstaticvoidmain(String[]args){
inti,j;//循环记数变量
Sample.way(1,1);//二维数组起始值从下标1,1开始
System.out.println("起点从坐标x=1,y=1开始");
System.out.println("终点坐标是x=8,y=9结束");
System.out.println("这是迷宫图表");
System.out.println("012345678910");
System.out.println("+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+");
for(i=0;i<10;i++){
System.out.print(""+i+"‖");
for(j=0;j<11;j++)
System.out.print("-"+maze[i][j]+"-‖");
System.out.println("");
System.out.println("+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+---+");
}
//打印显示步数
System.out.print(printStep.toString());
}
publicstaticbooleanway(intx,inty){
if(maze[8][9]==2)//代表递归终止条件(也就是当走出出口时标记为2)
returntrue;
else{
if(maze[y][x]==0){
maze[y][x]=2;
/*
*下面if判断条件代表当前坐标为基点,
*根据判断对当前位置进行递归调用:如:
*往上、往右上、往右、往右下、往下、
*往左下、往左、往左上的坐标是否可走,
*判断是否可走的返回条件是:
*2代表可通过、1代表不能通过、3表示已经走过,但是未能走通。
*/
if(way(x,y-1)){
printStep.append("第"+step+"步的所走的位置是x="+x+"y="+y+" ");
step++;
returntrue;
}elseif(way(x+1,y-1)){
printStep.append("第"+step+"步的所走的位置是x="+x+"y="+y+" ");
step++;
returntrue;
}elseif(way(x+1,y)){
printStep.append("第"+step+"步的所走的位置是x="+x+"y="+y+" ");
step++;
returntrue;
}elseif(way(x+1,y+1)){
printStep.append("第"+step+"步的所走的位置是x="+x+"y="+y+" ");
step++;
returntrue;
}elseif(way(x,y+1)){
printStep.append("第"+step+"步的所走的位置是x="+x+"y="+y+" ");
step++;
returntrue;
}elseif(way(x-1,y+1)){
printStep.append("第"+step+"步的所走的位置是x="+x+"y="+y+" ");
step++;
returntrue;
}elseif(way(x-1,y)){
printStep.append("第"+step+"步的所走的位置是x="+x+"y="+y+" ");
step++;
returntrue;
}elseif(way(x-1,y-1)){
printStep.append("第"+step+"步的所走的位置是x="+x+"y="+y+" ");
step++;
returntrue;
}else{
maze[y][x]=3;
returnfalse;
}
}else
returnfalse;
}
}
复制代码前需要楼主自己创建个类
Sample.way(1,1);这句代码是我的类的静态调用,改下XXXXX.way(1,1);
XXXXX代表你创建的类。
下面是这个程序运行后的截图
Ⅸ java如何实现 深度优先 广度优先
下面是我修改了滴源码,是基于一张简单的地图,在地图上搜索目的节点,依次用深度优先、广度优先、Dijkstra算法实现。
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.LinkedList;
import java.util.PriorityQueue;
import java.util.Stack;
/**
*
* @author yinzhuo
*
*/
public class Arithmatic {
boolean flag = true;
// 一张地图
static int[][] map = new int[][]// 地图数组
{
{ 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
{ 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
{ 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0 },
{ 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0 },
{ 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 },
{ 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0 },
{ 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0 },
{ 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
{ 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
{ 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0 },
{ 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0 },
{ 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 },
{ 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0 },
{ 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0 },
{ 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
{ 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
{ 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0 },
{ 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 },
{ 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 },
{ 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0 },
{ 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
{ 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
{ 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 } };
Ⅹ 在java中,死锁形成的原因是
死锁是进程死锁的简称,是由Dijkstra于1965年研究银行家算法时首先提出来的。它是计算机操作系统乃至并发程序设计中最难处理的问题之一。实际上,死锁问题不仅在计算机系统中存在,在我们日常生活中它也广泛存在。
1.什么是死锁
我们先看看这样一个生活中的例子:在一条河上有一座桥,桥面较窄,只能容纳一辆汽车通过,无法让两辆汽车并行。如果有两辆汽车A和B分别由桥的两端驶上该桥,则对于A车来说,它走过桥面左面的一段路(即占有了桥的一部分资源),要想过桥还须等待B车让出右边的桥面,此时A车不能前进;对于B车来说,它走过桥面右边的一段路(即占有了桥的一部分资源),要想过桥还须等待A车让出左边的桥面,此时B车也不能前进。两边的车都不倒车,结果造成互相等待对方让出桥面,但是谁也不让路,就会无休止地等下去。这种现象就是死锁。如果把汽车比做进程,桥面作为资源,那麽上述问题就描述为:进程A占有资源R1,等待进程B占有的资源Rr;进程B占有资源Rr,等待进程A占有的资源R1。而且资源R1和Rr只允许一个进程占用,即:不允许两个进程同时占用。结果,两个进程都不能继续执行,若不采取其它措施,这种循环等待状况会无限期持续下去,就发生了进程死锁。
在计算机系统中,涉及软件,硬件资源都可能发生死锁。例如:系统中只有一台CD-ROM驱动器和一台打印机,某一个进程占有了CD-ROM驱动器,又申请打印机;另一进程占有了打印机,还申请CD-ROM。结果,两个进程都被阻塞,永远也不能自行解除。
所谓死锁,是指多个进程循环等待它方占有的资源而无限期地僵持下去的局面。很显然,如果没有外力的作用,那麽死锁涉及到的各个进程都将永远处于封锁状态。从上面的例子可以看出,计算机系统产生死锁的根本原因就是资源有限且操作不当。即:一种原因是系统提供的资源太少了,远不能满足并发进程对资源的需求。这种竞争资源引起的死锁是我们要讨论的核心。例如:消息是一种临时性资源。某一时刻,进程A等待进程B发来的消息,进程B等待进程C发来的消息,而进程C又等待进程A发来的消息。消息未到,A,B,C三个进程均无法向前推进,也会发生进程通信上的死锁。另一种原因是由于进程推进顺序不合适引发的死锁。资源少也未必一定产生死锁。就如同两个人过独木桥,如果两个人都要先过,在独木桥上僵持不肯后退,必然会应竞争资源产生死锁;但是,如果两个人上桥前先看一看有无对方的人在桥上,当无对方的人在桥上时自己才上桥,那麽问题就解决了。所以,如果程序设计得不合理,造成进程推进的顺序不当,也会出现死锁。
2.产生死锁的必要条件
从以上分析可见,如果在计算机系统中同时具备下面四个必要条件时,那麽会发生死锁。换句话说,只要下面四个条件有一个不具备,系统就不会出现死锁。
〈1〉互斥条件。即某个资源在一段时间内只能由一个进程占有,不能同时被两个或两个以上的进程占有。这种独占资源如CD-ROM驱动器,打印机等等,必须在占有该资源的进程主动释放它之后,其它进程才能占有该资源。这是由资源本身的属性所决定的。如独木桥就是一种独占资源,两方的人不能同时过桥。
〈2〉不可抢占条件。进程所获得的资源在未使用完毕之前,资源申请者不能强行地从资源占有者手中夺取资源,而只能由该资源的占有者进程自行释放。如过独木桥的人不能强迫对方后退,也不能非法地将对方推下桥,必须是桥上的人自己过桥后空出桥面(即主动释放占有资源),对方的人才能过桥。
〈3〉占有且申请条件。进程至少已经占有一个资源,但又申请新的资源;由于该资源已被另外进程占有,此时该进程阻塞;但是,它在等待新资源之时,仍继续占用已占有的资源。还以过独木桥为例,甲乙两人在桥上相遇。甲走过一段桥面(即占有了一些资源),还需要走其余的桥面(申请新的资源),但那部分桥面被乙占有(乙走过一段桥面)。甲过不去,前进不能,又不后退;乙也处于同样的状况。
〈4〉循环等待条件。存在一个进程等待序列{P1,P2,...,Pn},其中P1等待P2所占有的某一资源,P2等待P3所占有的某一源,......,而Pn等待P1所占有的的某一资源,形成一个进程循环等待环。就像前面的过独木桥问题,甲等待乙占有的桥面,而乙又等待甲占有的桥面,从而彼此循环等待。
上面我们提到的这四个条件在死锁时会同时发生。也就是说,只要有一个必要条件不满足,则死锁就可以排除。
8.2 死锁的预防
前面介绍了死锁发生时的四个必要条件,只要破坏这四个必要条件中的任意一个条件,死锁就不会发生。这就为我们解决死锁问题提供了可能。一般地,解决死锁的方法分为死锁的预防,避免,检测与恢复三种(注意:死锁的检测与恢复是一个方法)。我们将在下面分别加以介绍。
死锁的预防是保证系统不进入死锁状态的一种策略。它的基本思想是要求进程申请资源时遵循某种协议,从而打破产生死锁的四个必要条件中的一个或几个,保证系统不会进入死锁状态。