数据结构--图（更新ing~）

news2024/11/18 11:35:15

  树具有灵活性，并且存在许多不同的树的应用，但是就树本身而言有一定的局限性，树只能表示层次关系，比如父子关系。而其他的比如兄弟关系只能够间接表示。

推广---  图

图形结构中，数据元素之间的关系是任意的。

一、图的基本概念

二、图的分类

三、图的相关术语

1、顶点的度

无向图：n个顶点找两条，没有方向，

2、路径和路径长度

3.子图

4.图的连通

1）无向图的连通

2）有向图的连通

5.生成树

#不讨论的图：

四、图的存储方法

1、邻接矩阵存储方法

对称矩阵：

一个对称矩阵是指矩阵的主对角线两侧的元素相等。在这个矩阵中，通过观察可以发现对称性质：矩阵的第i行第j列的元素等于第j行第i列的元素。

**无向图的邻接矩阵建图和度数输出（完整代码）

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define N (100 + 5)
#define INF 0x3f3f3f3f//定义INF为一个十六进制无穷大常量

typedef char VexType; //顶点为字符类型
typedef int EdgeType;//邻接矩阵类型为整型

typedef struct {
    int n, m; //n个顶点，m条边
    VexType vex[N];//一维数组存放所有顶点的数据信息
    EdgeType edge[N][N];//邻接矩阵(二维数组存放图中所有顶点之间关系的信息)
} adjGraph;

//1.邻接矩阵建图
adjGraph createGraph();
//2.输出图的信息（顶点、邻接矩阵）
void print(adjGraph g);
//3.输出图中每个顶点的度数
void printDegree(adjGraph g);

int main()
{
    //1.建图
    adjGraph g = createGraph();
    //2.输出图的信息
    print(g);
    printDegree(g);
    return 0;
}

adjGraph createGraph()//建图
{
    adjGraph g;
    memset(g.edge, 0, sizeof(g.edge));//内存设置函数--创建图的过程中，所有元素初始化为0
    // g.edge 邻接矩阵
    //sizeof(g.edge) 数组占用的总字节数
    scanf("%d%d", &g.n, &g.m);//输入顶点数和边数
    getchar();//吸收换行符
    //1.输入n个顶点
    for (int i = 0; i < g.n; i++) {
        scanf("%c ", &g.vex[i]);
    }
    //2.输入m条边，按照邻接矩阵存图
    for (int i = 0; i < g.m; i++) {
        char v1, v2;
        scanf("\n%c %c", &v1, &v2);//读入当前边的2个顶点
        int n1 = v1 - 'A', n2 = v2 - 'A';
         //将顶点字符转换为对应的数组索引。
        // 假设顶点标签是大写字母'A'、'B'、'C'等，通过将其减去字符'A'的ASCII码值
        // 可以得到对应的数组索引（0、1、2等）。   
        g.edge[n1][n2] = g.edge[n2][n1] = 1;
        //无向图，邻接矩阵对应的n1行n2列和n2n1列都赋值为1(邻接矩阵的对称性）
        //将对应的邻接矩阵元素设置为1，表示图中对应的顶点之间存在一条边。
    }

    return g;
}

void print(adjGraph g)
{
    printf("图有%d个顶点，%d条边\n", g.n, g.m);
    printf("图的顶点是：");
    for (int i = 0; i < g.n; i++) {
        printf("%c ", g.vex[i]);
    }
    printf("\n图的邻接矩阵是：\n");
    for (int i = 0; i < g.n; i++) {
        for (int j = 0; j < g.n; j++) {
            printf("%4d", g.edge[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}

void printDegree(adjGraph g)
{
    printf("图中每个顶点的度数是：");
    for (int i = 0; i < g.n; i++) {
        int degree = 0;
        for (int j = 0; j < g.n; j++) {
            if (g.edge[i][j] == 1) {
                degree++;
            }
        }
        printf("%c: %d ", g.vex[i], degree);
    }
    printf("\n");
}

输入样例：

**有向图邻接矩阵建图和度数输出（附完整代码）

修改的部分：

  • 将g.edge[n1][n2] = g.edge[n2][n1] = 1; 修改为 g.edge[n1][n2] = 1; 表示从顶点n1指向顶点n2的有向边。
  • 把无向图中的度数输出改成入度和出度输出
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define N (100 + 5)
#define INF 0x3f3f3f3f//定义INF为一个十六进制无穷大常量

typedef char VexType; //顶点为字符类型
typedef int EdgeType;//邻接矩阵类型为整型

typedef struct {
    int n, m; //n个顶点，m条边
    VexType vex[N];//一维数组存放所有顶点的数据信息
    EdgeType edge[N][N];//邻接矩阵(二维数组存放图中所有顶点之间关系的信息)
} adjGraph;

//1.邻接矩阵建图
adjGraph createGraph();
//2.输出图的信息（顶点、邻接矩阵）
void print(adjGraph g);
//3.输出图中每个顶点的度数
void printDegree(adjGraph g);

int main()
{
    //1.建图
    adjGraph g = createGraph();
    //2.输出图的信息
    print(g);
    printDegree(g);
    return 0;
}

adjGraph createGraph()//建图
{
    adjGraph g;
    memset(g.edge, 0, sizeof(g.edge));//内存设置函数--创建图的过程中，所有元素初始化为0
    // g.edge 邻接矩阵
    //sizeof(g.edge) 数组占用的总字节数
    scanf("%d%d", &g.n, &g.m);//输入顶点数和边数
    getchar();//吸收换行符
    //1.输入n个顶点
    for (int i = 0; i < g.n; i++) {
        scanf("%c ", &g.vex[i]);
    }
    //2.输入m条边，按照邻接矩阵存图
    for (int i = 0; i < g.m; i++) {
        char v1, v2;
        scanf("\n%c %c", &v1, &v2);//读入当前边的2个顶点
        int n1 = v1 - 'A', n2 = v2 - 'A';
        //将顶点字符转换为对应的数组索引。
       // 假设顶点标签是大写字母'A'、'B'、'C'等，通过将其减去字符'A'的ASCII码值
       // 可以得到对应的数组索引（0、1、2等）。   
        g.edge[n1][n2] = 1;
        //有向图，邻接矩阵对应的n1行n2列赋值为1
        //将对应的邻接矩阵元素设置为1，表示图中对应的顶点之间存在一条边。
    }

    return g;
}

void print(adjGraph g)
{
    printf("图有%d个顶点，%d条边\n", g.n, g.m);
    printf("图的顶点是：");
    for (int i = 0; i < g.n; i++) {
        printf("%c ", g.vex[i]);
    }
    printf("\n图的邻接矩阵是：\n");
    for (int i = 0; i < g.n; i++) {
        for (int j = 0; j < g.n; j++) {
            printf("%4d", g.edge[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}

void printDegree(adjGraph g)
{
    printf("图中每个顶点的入度是：\n");
    for (int i = 0; i < g.n; i++) {
        int indegree = 0;
            for (int j = 0; j < g.n; j++) {
                if (g.edge[j][i] == 1) {
                    indegree++;
                 }
            }
            printf("%c: %d \n", g.vex[i], indegree);
       }
       
  


    printf("图中每个顶点的出度是：\n");
    for (int i = 0; i < g.n; i++) {
        int outdegree = 0;
        for (int j = 0; j < g.n; j++) {
            if (g.edge[i][j] == 1) {
                outdegree++;
            }
        }
        printf("%c: %d \n", g.vex[i], outdegree);
        
    }

}

测试样例：

**有向带权图邻接矩阵建图和度数输出（含完整代码）

要注意有向图带权图中，含有权值的线路如 A 20 B ，反过来B到A就是 INF，不相连的两个顶点之间也是INF

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define N (100 + 5)
#define INF 0x3f3f3f3f//定义INF为一个十六进制无穷大常量

typedef char VexType; //顶点为字符类型
typedef int EdgeType;//邻接矩阵类型为整型

typedef struct {
    int n, m; //n个顶点，m条边
    VexType vex[N];//一维数组存放所有顶点的数据信息
    EdgeType edge[N][N];//邻接矩阵(二维数组存放图中所有顶点之间关系的信息)
} adjGraph;

//1.邻接矩阵建图
adjGraph createGraph();
//2.输出图的信息（顶点、邻接矩阵）
void print(adjGraph g);
//3.输出图中每个顶点的度数
void printDegree(adjGraph g);

int main()
{
    //1.建图
    adjGraph g = createGraph();
    //2.输出图的信息
    print(g);
    printDegree(g);
    return 0;
}


adjGraph createGraph()//建图
{
    adjGraph g;
    memset(g.edge, 0, sizeof(g.edge));//内存设置函数--创建图的过程中，所有元素初始化为0
    // g.edge 邻接矩阵
    //sizeof(g.edge) 数组占用的总字节数
    scanf("%d%d", &g.n, &g.m);//输入顶点数和边数
    getchar();//吸收换行符
    //1.输入n个顶点
    for (int i = 0; i < g.n; i++) {
        scanf("%c ", &g.vex[i]);
    }
    //2.输入m条边，按照邻接矩阵存图 
    // 将邻接矩阵初始化为INF
    for (int i = 0; i < g.m; i++) {
        for (int j = 0; j < g.m; j++) {
            g.edge[i][j] = INF;
        }
    }
    for (int i = 0; i < g.m; i++) {
        char v1, v2;
        int weight;
        scanf("\n%c %d %c", &v1, &weight, &v2);//读入当前边的2个顶点
        int n1 = v1 - 'A', n2 = v2 - 'A';
        //将顶点字符转换为对应的数组索引。
        // 假设顶点标签是大写字母'A'、'B'、'C'等，通过将其减去字符'A'的ASCII码值
        // 可以得到对应的数组索引（0、1、2等）。
       
        if (n1 == n2) {
            g.edge[n1][n2] = 0;
        }
        else {
            g.edge[n1][n2] = weight;
            g.edge[n2][n1] = INF; // 反方向的边权值设置为INF
        }
    }


    return g;
}

void print(adjGraph g)
{
    printf("图有%d个顶点，%d条边\n", g.n, g.m);
    printf("图的顶点是：");
    for (int i = 0; i < g.n; i++) {
        printf("%c ", g.vex[i]);
    }
    printf("\n图的邻接矩阵是：\n");
    for (int i = 0; i < g.n; i++) {
        for (int j = 0; j < g.n; j++) {
            if (i == j) printf("0 ");
            else if (g.edge[i][j] == INF)
            {
                printf("INF ");
           }
            else  {
                   printf("%-4d", g.edge[i][j]);
            }
                  
        
            
        }
        printf("\n");
    }
}

void printDegree(adjGraph g)
{
    printf("图中每个顶点的入度是：\n");
    for (int i = 0; i < g.n; i++) {
        int indegree = 0;
        for (int j = 0; j < g.n; j++) {
     
                  if (g.edge[j][i] != 0 && g.edge[j][i] != INF) {
                     indegree++;
                 }
    
            
        }
        printf("%c: %d \n", g.vex[i], indegree);
    }




    printf("图中每个顶点的出度是：\n");
    for (int i = 0; i < g.n; i++) {
        int outdegree = 0;
        for (int j = 0; j < g.n; j++) {
                if (g.edge[i][j] != 0&& g.edge[i][j] != INF) {
                    outdegree++;
                }
            }

        
        printf("%c: %d \n", g.vex[i], outdegree);

    }

}

样例：

2、邻接表存储方法

  对每一个顶点建立一个单链表，将同一个顶点发出的边链接在一个称为边链表的单链表中。

头插法：

无向图中相连即放在链表里作为边结点（包含与该点相连的所有顶点）。

有向图按照方向选择结点作为边结点。‘’

五、图的遍历

1.深度优先遍历

2.广度优先遍历

六、最小生成树

      

1.克鲁斯卡尔方法

2.普里姆算法

七、最短路径问题

Q:对于对于给定的带权连通无向图，从某源点到图中各顶点的最短路径构成的生成树是否是该图的最小生成树？？

不一定相同。

八、AOV网与拓扑排序

九、AOE网与关键路径

1、AOE网的定义

2、AOE网的特点

3、AOE网的存储方法

4、关键路径

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