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数据结构 图与图的遍历

数据结构 图与图的遍历

作者: jokerlee | 来源:发表于2020-05-21 09:59 被阅读0次

    1.图的定义

    屏幕快照 2020-05-21 上午9.33.33.png

    图(Graph) 是由顶点的有穷⾮非空集合 和 顶点之间边的集合组成. 通常表示为: G(V,E). 其中,G表示⼀一个图, V是图G中的顶点集合,E 是图G中边的集合.

    2.图的存储

    在计算机中, 任何逻辑结构的存储, 最终都会化为顺序存储与链式存储. 这里使用顺序存储来进行图的存储.

    图的邻接存储方式是用两个数组来表示图, 一个用来存储顶点, 一个用二维数组来存储边或弧的信息, 这个二维数据就称为邻接矩阵.

    一个顶点Vi与其他顶点的连接关系的和称之为这个顶点的度
    当一个顶点到其他顶点之间是有权值的


    屏幕快照 2020-05-21 上午9.43.43.png 屏幕快照 2020-05-21 上午9.43.29.png

    顶点有连击关系的用权值存储 若顶点与顶点之间没有连接关系用数据的正无穷表示代表不连接

    3.代码实现

    typedef int Status;    /* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码，如OK等 */
typedef char VertexType; /* 顶点类型应由用户定义  */
typedef int EdgeType; /* 边上的权值类型应由用户定义 */
typedef struct
{
    VertexType vexs[MAXVEX]; /* 顶点表 */
    EdgeType arc[MAXVEX][MAXVEX];/* 邻接矩阵，可看作边表 */
    int numNodes, numEdges; /* 图中当前的顶点数和边数  */
}MGraph;

    图的邻接矩阵

    void CreateMGraph(MGraph *G){
    
    int i,j,k,w;
    printf("输入顶点数和边数:\n");
    //1. 输入顶点数/边数
    scanf("%d,%d",&G->numNodes,&G->numEdges);
    printf("顶点数:%d,边数:%d\n",G->numNodes,G->numEdges);
    
    //2.输入顶点信息/顶点表
    for(i = 0; i<= G->numNodes;i++)
        scanf("%c",&G->vexs[i]);
    
    //3.初始化邻接矩阵
    for(i = 0; i < G->numNodes;i++)
         for(j = 0; j < G->numNodes;j++)
             G->arc[i][j] = INFINITYC;
    
    //4.输入边表信息
    for(k = 0; k < G->numEdges;k++){
        printf("输入边(vi,vj)上的下标i,下标j,权w\n");
        scanf("%d,%d,%d",&i,&j,&w);
        
        G->arc[i][j] = w;
        //如果无向图,矩阵对称;
        G->arc[j][i] = G->arc[i][j];
        
    }
    /*5.打印邻接矩阵*/
    for (int i = 0; i < G->numNodes; i++) {
        printf("\n");
        for (int j = 0; j < G->numNodes; j++) {
            printf("%d ",G->arc[i][j]);
        }
    }
    printf("\n");
}

    图邻接表实现

    typedef char Element;
typedef int BOOL;
//邻接表的节点
typedef struct Node{
    int adj_vex_index;  //弧头的下标，也就是被指向的下标
    Element data;       //权重值
    struct Node * next; //边指针
}EdgeNode;

//顶点节点表
typedef struct vNode{
    Element data;          //顶点的权值
    EdgeNode * firstedge;  //顶点下一个是谁？
}VertexNode, Adjlist[M];

//总图的一些信息
typedef struct Graph{
    Adjlist adjlist;       //顶点表
    int arc_num;           //边的个数
    int node_num;          //节点个数
    BOOL is_directed;      //是不是有向图
}Graph, *GraphLink;

void creatGraph(GraphLink *g){
    int i,j,k;
    EdgeNode *p;
    
    //1. 顶点,边,是否有向
    printf("输入顶点数目,边数和有向？：\n");
    scanf("%d %d %d", &(*g)->node_num, &(*g)->arc_num, &(*g)->is_directed);
    
    //2.顶点表
     printf("输入顶点信息：\n");
    for (i = 0; i < (*g)->node_num; i++) {
        getchar();
        scanf("%c", &(*g)->adjlist[i].data);
        (*g)->adjlist[i].firstedge = NULL;
    }
    
    //3.
    printf("输入边信息：\n");
    for (k = 0; k < (*g)->arc_num; k++){
        getchar();
        scanf("%d %d", &i, &j);
        
        //①新建一个节点
        p = (EdgeNode *)malloc(sizeof(EdgeNode));
        //②弧头的下标
        p->adj_vex_index = j;
        //③头插法插进去，插的时候要找到弧尾，那就是顶点数组的下标i
        p->next = (*g)->adjlist[i].firstedge;
        //④将顶点数组[i].firstedge 设置为p
        (*g)->adjlist[i].firstedge = p;
        
        //j->i
        if(!(*g)->is_directed)
        {
            // j -----> i
            //①新建一个节点
            p = (EdgeNode *)malloc(sizeof(EdgeNode));
            //②弧头的下标i
            p->adj_vex_index = i;
            //③头插法插进去，插的时候要找到弧尾，那就是顶点数组的下标i
            p->next = (*g)->adjlist[j].firstedge;
            //④将顶点数组[i].firstedge 设置为p
            (*g)->adjlist[j].firstedge = p;
        }
    }
}

    4.图的遍历

    图的深度遍历 矩阵

    1. 将图的顶点和边信息输⼊入到图结构中;
    2. 创建⼀一个visited 数组,⽤用来标识顶点是否已经被遍历过.
    3. 初始化visited 数组,将数组中元素置为FALSE
    4. 选择顶点开始遍历.(注意⾮非连通图的情况)
    5. 进⼊入递归; 打印i 对应的顶点信息. 并将该顶点标识为已遍历.
    6. 循环遍历边表,判断当前arc[i][j] 是否等于1,并且当前该顶点没有被遍历过,则继续递归 DFS;
    /*4.2 DFS遍历*/
Boolean visited[MAXVEX]; /* 访问标志的数组 */
//1. 标识顶点是否被标记过;
//2. 选择从某一个顶点开始(注意:非连通图的情况)
//3. 进入递归,打印i点信息,标识; 边表
//4. [i][j] 是否等于1,没有变遍历过visted
void DFS(MGraph G,int i){
    //1.
    visited[i] = TRUE;
    printf("%c",G.vexs[i]);
    
    //2.0~numVertexes
    for(int j = 0; j < G.numVertexes;j++){
        if(G.arc[i][j] == 1 && !visited[j])
            DFS(G, j);
    }
}

void DFSTravese(MGraph G){
    //1.初始化
    for(int i=0;i<G.numVertexes;i++){
        visited[i] = FALSE;
    }
    
    //2.某一个顶点
    for(int i = 0;i<G.numVertexes;i++){
        if(!visited[i]){
            DFS(G, i);
        }
    }
}

    图的深度遍历 邻接表

    1. 利利⽤用邻接矩阵将信息存储到邻接表中
    2. 创建⼀一个visited 数组,⽤用来标识顶点是否已经被遍历过.
    3. 初始化visited 数组,将数组中元素置为FALSE
    4. 选择顶点开始遍历.(注意⾮非连通图的情况)
    5. 进⼊入递归; 打印i 对应的顶点信息. 并将该顶点标识为已遍历.
    6. 循环遍历边表,判断当前顶点 是否等于1,并且当前该顶点没有被遍历过,则继续递归 DFS;
    /* 邻接表的深度优先递归算法 */
void DFS(GraphAdjList GL, int i)
{
    EdgeNode *p;
    visited[i] = TRUE;
    
    //2.打印顶点 A
    printf("%c ",GL->adjList[i].data);
    
    p = GL->adjList[i].firstedge;
    
    //3.
    while (p) {
        if(!visited[p->adjvex])
            DFS(GL,p->adjvex);
        
        p = p->next;
    }
    
}

/* 邻接表的深度遍历操作 */
void DFSTraverse(GraphAdjList GL)
{
    //1. 将访问记录数组默认置为FALSE
    for (int i = 0; i < GL->numVertexes; i++) {
        /*初始化所有顶点状态都是未访问过的状态*/
        visited[i] = FALSE;
    }

    //2. 选择一个顶点开始DFS遍历. 例如A
    for(int i = 0; i < GL->numVertexes; i++)
        //对未访问过的顶点调用DFS, 若是连通图则只会执行一次.
        if(!visited[i])
            DFS(GL, i);
}

    图的广度遍历 矩阵

    1、把根节点放到队列列的末尾。
    2、每次从队列列的头部取出⼀一个元素，查看这个元素所有的下⼀一级元素，把它们放到队
    列列的末尾。并把这个元素记为它下⼀一级元素的前驱。
    3、找到所要找的元素时结束程序。
    4、如果遍历整个树还没有找到，结束程序.

    /*
 4.2 ***需要用到的队列结构与相关功能函数***
 */

/* 循环队列的顺序存储结构 */
typedef struct
{
    int data[MAXSIZE];
    int front;        /* 头指针 */
    int rear;        /* 尾指针，若队列不空，指向队列尾元素的下一个位置 */
}Queue;

/* 初始化一个空队列Q */
Status InitQueue(Queue *Q)
{
    Q->front=0;
    Q->rear=0;
    return  OK;
}

/* 若队列Q为空队列,则返回TRUE,否则返回FALSE */
Status QueueEmpty(Queue Q)
{
    if(Q.front==Q.rear) /* 队列空的标志 */
    return TRUE;
    else
    return FALSE;
}

/* 若队列未满，则插入元素e为Q新的队尾元素 */
Status EnQueue(Queue *Q,int e)
{
    if ((Q->rear+1)%MAXSIZE == Q->front)    /* 队列满的判断 */
    return ERROR;
    Q->data[Q->rear]=e;            /* 将元素e赋值给队尾 */
    Q->rear=(Q->rear+1)%MAXSIZE;/* rear指针向后移一位置， */
    /* 若到最后则转到数组头部 */
    return  OK;
}

/* 若队列不空，则删除Q中队头元素，用e返回其值 */
Status DeQueue(Queue *Q,int *e)
{
    if (Q->front == Q->rear)            /* 队列空的判断 */
    return ERROR;
    *e=Q->data[Q->front];                /* 将队头元素赋值给e */
    Q->front=(Q->front+1)%MAXSIZE;    /* front指针向后移一位置， */
    /* 若到最后则转到数组头部 */
    return  OK;
}
/******** Queue End **************/

/*4.3 邻接矩阵广度优先遍历-代码实现*/
Boolean visited[MAXVEX]; /* 访问标志的数组 */
void BFSTraverse(MGraph G){
    
    int temp = 0;
    
    //1.
    Queue Q;
    InitQueue(&Q);
    
    //2.将访问标志数组全部置为"未访问状态FALSE"
    for (int i = 0 ; i < G.numVertexes; i++) {
        visited[i] = FALSE;
    }
    
    //3.对遍历邻接表中的每一个顶点(对于连通图只会执行1次,这个循环是针对非连通图)
    for (int i = 0 ; i < G.numVertexes; i++) {
        
        if(!visited[i]){
            visited[i] = TRUE;
            printf("%c  ",G.vexs[i]);
            
            //4. 入队
            EnQueue(&Q, i);
            while (!QueueEmpty(Q)) {
                //出队
                DeQueue(&Q, &i);
                for (int j = 0; j < G.numVertexes; j++) {
                    if(G.arc[i][j] == 1 && !visited[j])
                    {    visited[j] = TRUE;
                        printf("%c   ",G.vexs[j]);
                        EnQueue(&Q, j);
                    }
                }
            }
        }
        
    }
    
    
}

    图的广度遍历 邻接表

    /*
 5.2 ***需要用到的队列结构与相关功能函数***
 */
/* 循环队列的顺序存储结构 */
typedef struct
{
    int data[MAXSIZE];
    int front;        /* 头指针 */
    int rear;        /* 尾指针,若队列不空,指向队列尾元素的下一个位置 */
}Queue;

/* 初始化一个空队列Q */
Status InitQueue(Queue *Q)
{
    Q->front=0;
    Q->rear=0;
    return  OK;
}

/* 若队列Q为空队列,则返回TRUE,否则返回FALSE */
Status QueueEmpty(Queue Q)
{
    if(Q.front==Q.rear) /* 队列空的标志 */
    return TRUE;
    else
    return FALSE;
}

/* 若队列未满,则插入元素e为Q新的队尾元素 */
Status EnQueue(Queue *Q,int e)
{
    if ((Q->rear+1)%MAXSIZE == Q->front)    /* 队列满的判断 */
    return ERROR;
    Q->data[Q->rear]=e;            /* 将元素e赋值给队尾 */
    Q->rear=(Q->rear+1)%MAXSIZE;/* rear指针向后移一位置, */
    /* 若到最后则转到数组头部 */
    return  OK;
}

/* 若队列不空,则删除Q中队头元素,用e返回其值 */
Status DeQueue(Queue *Q,int *e)
{
    if (Q->front == Q->rear)            /* 队列空的判断 */
    return ERROR;
    *e=Q->data[Q->front];                /* 将队头元素赋值给e */
    Q->front=(Q->front+1)%MAXSIZE;    /* front指针向后移一位置, */
    /* 若到最后则转到数组头部 */
    return  OK;
}
/* *********************** Queue End ******************************* */
/*5.3 邻接表广度优先遍历*/
Boolean visited[MAXSIZE]; /* 访问标志的数组 */
void BFSTraverse(GraphAdjList GL){
    
    //1.创建结点
    EdgeNode *p;
    
    Queue Q;
    InitQueue(&Q);
    

    //2.将访问标志数组全部置为"未访问状态FALSE"
    for(int i = 0; i < GL->numVertexes; i++)
        visited[i] = FALSE;
    
    //3.对遍历邻接表中的每一个顶点(对于连通图只会执行1次,这个循环是针对非连通图)
    for(int i = 0 ;i < GL->numVertexes;i++){
        //4.判断当前结点是否被访问过.
        if(!visited[i]){
            visited[i] = TRUE;
            //打印顶点
            printf("%c ",GL->adjList[i].data);
            
            EnQueue(&Q, i);
            while (!QueueEmpty(Q)) {
                DeQueue(&Q, &i);
                p = GL->adjList[i].firstedge;
                while (p) {
                    //判断
                    if(!visited[p->adjvex]){
                        visited[p->adjvex] = TRUE;
                         printf("%c ",GL->adjList[p->adjvex].data);
                        EnQueue(&Q, p->adjvex);
                    }
                    p = p->next;
                }
            }
            
        }
    }
    
}

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