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数据结构 —— 图的遍历(广度遍历 BFS)

数据结构 —— 图的遍历(广度遍历 BFS)

作者: E术家 | 来源:发表于2020-04-30 18:10 被阅读0次
广度遍历

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


广度遍历

代码实现

邻接矩阵

基础设置

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 int Boolean; /* Boolean是布尔类型,其值是TRUE或FALSE */

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 */

#define MAXSIZE 9 /* 存储空间初始分配量 */
#define MAXEDGE 15
#define MAXVEX 9
#define INFINITYC 65535

typedef struct {
    VertexType vexs[MAXVEX]; /* 顶点表 */
    EdgeType arc[MAXVEX][MAXVEX];/* 邻接矩阵，可看作边表 */
    int numVertexes, numEdges; /* 图中当前的顶点数和边数 */
}MGraph;

构建一个邻接矩阵

void CreateMGraph(MGraph *G) {
    int i, j;
    
    //1. 确定图的顶点数以及边数
    G->numEdges=15;
    G->numVertexes=9;
    
    /*2.读入顶点信息，建立顶点表 */
    G->vexs[0]='A';
    G->vexs[1]='B';
    G->vexs[2]='C';
    G->vexs[3]='D';
    G->vexs[4]='E';
    G->vexs[5]='F';
    G->vexs[6]='G';
    G->vexs[7]='H';
    G->vexs[8]='I';
    
    /*3. 初始化图中的边表*/
    for (i = 0; i < G->numVertexes; i++)
    {
        for ( j = 0; j < G->numVertexes; j++)
        {
            G->arc[i][j]=0;
        }
    }
    
    /*4.将图中的连接信息输入到边表中*/
    G->arc[0][1]=1;
    G->arc[0][5]=1;
    
    G->arc[1][2]=1;
    G->arc[1][8]=1;
    G->arc[1][6]=1;
    
    G->arc[2][3]=1;
    G->arc[2][8]=1;
    
    G->arc[3][4]=1;
    G->arc[3][7]=1;
    G->arc[3][6]=1;
    G->arc[3][8]=1;
    
    G->arc[4][5]=1;
    G->arc[4][7]=1;
    
    G->arc[5][6]=1;
    
    G->arc[6][7]=1;
    
    /*5.无向图是对称矩阵.构成对称*/
    for(i = 0; i < G->numVertexes; i++)
    {
        for(j = i; j < G->numVertexes; j++)
        {
            G->arc[j][i] =G->arc[i][j];
        }
    }
}

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;
}

遍历

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);
                    }
                }
            }
        }
        
    }
}

邻接表

基础设置

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0

#define MAXSIZE 9 /* 存储空间初始分配量 */
#define MAXEDGE 15
#define MAXVEX 9
#define INFINITYC 65535

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 int Boolean; /* Boolean是布尔类型,其值是TRUE或FALSE */

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 */

/* 邻接矩阵结构 */
typedef struct {
    VertexType vexs[MAXVEX]; /* 顶点表 */
    EdgeType arc[MAXVEX][MAXVEX];/* 邻接矩阵,可看作边表 */
    int numVertexes, numEdges; /* 图中当前的顶点数和边数 */
}MGraph;

/* 邻接表结构****************** */
typedef struct EdgeNode /* 边表结点 */
{
    int adjvex;    /* 邻接点域,存储该顶点对应的下标 */
    int weight;        /* 用于存储权值,对于非网图可以不需要 */
    struct EdgeNode *next; /* 链域,指向下一个邻接点 */
}EdgeNode;

typedef struct VertexNode /* 顶点表结点 */
{
    int in;    /* 顶点入度 */
    char data; /* 顶点域,存储顶点信息 */
    EdgeNode *firstedge;/* 边表头指针 */
}VertexNode, AdjList[MAXVEX];

typedef struct
{
    AdjList adjList;
    int numVertexes,numEdges; /* 图中当前顶点数和边数 */
}graphAdjList,*GraphAdjList;

构建一个邻接矩阵

void CreateMGraph(MGraph *G) {
    int i, j;
    
    //1. 确定图的顶点数以及边数
    G->numEdges=15;
    G->numVertexes=9;
    
    /*2.读入顶点信息，建立顶点表 */
    G->vexs[0]='A';
    G->vexs[1]='B';
    G->vexs[2]='C';
    G->vexs[3]='D';
    G->vexs[4]='E';
    G->vexs[5]='F';
    G->vexs[6]='G';
    G->vexs[7]='H';
    G->vexs[8]='I';
    
    /*3. 初始化图中的边表*/
    for (i = 0; i < G->numVertexes; i++)
    {
        for ( j = 0; j < G->numVertexes; j++)
        {
            G->arc[i][j]=0;
        }
    }
    
    /*4.将图中的连接信息输入到边表中*/
    G->arc[0][1]=1;
    G->arc[0][5]=1;
    
    G->arc[1][2]=1;
    G->arc[1][8]=1;
    G->arc[1][6]=1;
    
    G->arc[2][3]=1;
    G->arc[2][8]=1;
    
    G->arc[3][4]=1;
    G->arc[3][7]=1;
    G->arc[3][6]=1;
    G->arc[3][8]=1;
    
    G->arc[4][5]=1;
    G->arc[4][7]=1;
    
    G->arc[5][6]=1;
    
    G->arc[6][7]=1;
    
    /*5.无向图是对称矩阵.构成对称*/
    for(i = 0; i < G->numVertexes; i++)
    {
        for(j = i; j < G->numVertexes; j++)
        {
            G->arc[j][i] =G->arc[i][j];
        }
    }
}

利用邻接矩阵构建邻接表

void CreateALGraph(MGraph G,GraphAdjList *GL){
    
    //1.创建邻接表,并且设计邻接表的顶点数以及弧数
    *GL = (GraphAdjList)malloc(sizeof(graphAdjList));
    (*GL)->numVertexes = G.numVertexes;
    (*GL)->numEdges = G.numEdges;
    
    //2. 从邻接矩阵中将顶点信息输入
    for (int i = 0; i < G.numVertexes; i++) {
        //顶点入度为0
        (*GL)->adjList[i].in = 0;
        //顶点信息
        (*GL)->adjList[i].data = G.vexs[i];
        //顶点边表置空
        (*GL)->adjList[i].firstedge = NULL;
    }
    
    //3. 建立边表
    EdgeNode *e;
    for (int i = 0; i < G.numVertexes; i++) {
        for (int j = 0; j < G.numVertexes; j++) {
            if (G.arc[i][j] == 1) {
                
                //创建边表中的邻近结点 i->j
                e = (EdgeNode *)malloc(sizeof(EdgeNode));
                //邻接序号为j
                e->adjvex = j;
                //将当前结点的指向adjList[i]的顶点边表上
                e->next = (*GL)->adjList[i].firstedge;
                (*GL)->adjList[i].firstedge = e;
                //顶点j 上的入度++;
                (*GL)->adjList[j].in++;
                
                //                //创建边表中的邻近结点 j->i
                //                e = (EdgeNode *)malloc(sizeof(EdgeNode));
                //                //邻接序号为j
                //                e->adjvex = i;
                //                //将当前结点的指向adjList[i]的顶点边表上
                //                e->next = (*GL)->adjList[j].firstedge;
                //                (*GL)->adjList[j].firstedge = e;
                //                //顶点j 上的入度++;
                //                (*GL)->adjList[i].in++;
            }
        }
    }
}

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;
}

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;
                }
            }
            
        }
    }
    
}

main函数实现

int main(int argc, const char * argv[]) {
    // insert code here...
    printf("邻接表广度优先遍历\n");
    MGraph G;
    GraphAdjList GL;
    CreateMGraph(&G);
    CreateALGraph(G,&GL);
   
    BFSTraverse(GL);
    printf("\n");
    return 0;
}

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