数据结构学习笔记 --- 图(数组表示法)
来源:互联网 发布:妙手生花软件 编辑:程序博客网 时间:2024/04/19 16:24
1. 图的数组表示法
2. 代码
#include "ds.h"// 图的数组(邻接矩阵)存储表示#define INFINITYINT_MAX// 用整型最大值代替∞#define MAX_VERTEX_NUM26// 最大顶点个数#define MAX_NAME 5 // 顶点字符串的最大长度+1#define MAX_INFO 20 // 相关信息字符串的最大长度+1typedef int VRType; // 顶点关系类型typedef char InfoType; // 相关信息类型typedef char VertexType[MAX_NAME]; // 顶点类型enumGraphKind{DG, DN, UDG, UDN};// {有向图,有向网,无向图,无向网}typedef struct{VRType adj;// 顶点关系类型。对无权图,用1(是)或0(否)表示相邻否;对带权图,则为权值InfoType*info;// 该弧相关信息的指针(可无)}ArcCell, AdjMatrix[MAX_VERTEX_NUM][MAX_VERTEX_NUM];// 二维数组struct MGraph{VertexType vexs[MAX_VERTEX_NUM];// 顶点向量AdjMatrixarcs;// 邻接矩阵intvexnum, arcnum;// 图的当前顶点数和弧数GraphKindkind;// 图的种类标志};Boolean visited[MAX_VERTEX_NUM]; // 访问标志数组(全局量)void(*VisitFunc)(VertexType); // 函数变量typedef VRType QElemType; // 队列元素类型//队列的链式存储结构typedef struct QNode{QElemType data;struct QNode *next;}*QueuePtr;typedef struct LinkQueue{QueuePtr front, rear;}LinkQueue;// 带头结点的单链队列void InitQueue(LinkQueue &Q);void DestroyQueue(LinkQueue &Q);void ClearQueue(LinkQueue &Q);Status QueueEmpty(LinkQueue Q);int QueueLength(LinkQueue Q);Status GetHead(LinkQueue Q, QElemType &e);void EnQueue(LinkQueue &Q, QElemType e);Status DeQueue(LinkQueue &Q, QElemType &e);// 带头结点的单链队列void InitQueue(LinkQueue &Q){Q.front = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));if (!Q.front) exit(OVERFLOW);Q.front->next = NULL;Q.rear = Q.front;}void DestroyQueue(LinkQueue &Q){QueuePtr q, p = Q.front;while (p){q = p->next;free(p);p = q;}Q.front = Q.rear = NULL;}void ClearQueue(LinkQueue &Q){QueuePtr q, p = Q.front->next;while (p){q = p->next;free(p);p = q;}Q.front->next = NULL;Q.rear = Q.front;}Status QueueEmpty(LinkQueue Q){if (Q.front == Q.rear)return TRUE;elsereturn FALSE;}int QueueLength(LinkQueue Q){int i = 0;QueuePtr p = Q.front->next;while (p){i++;p = p->next;}return i;}Status GetHead(LinkQueue Q, QElemType &e){if (Q.front->next){memcpy(&e, &(Q.front->next->data), sizeof(QElemType));return OK;}else{return FALSE;}}void EnQueue(LinkQueue &Q, QElemType e){QueuePtr p = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));if (!p) exit(OVERFLOW);p->next = NULL;memcpy(&(p->data), &e, sizeof(QElemType));Q.rear->next = p;Q.rear = p;}Status DeQueue(LinkQueue &Q, QElemType &e){QueuePtr p = Q.front, q;if (Q.front == Q.rear)return FALSE;q = p->next;memcpy(&e, &(q->data), sizeof(QElemType));p->next = q->next;if (Q.rear == q)Q.rear = Q.front;free(q);return OK;}// 图的数组(邻接矩阵)存储(存储结构由c7-1.h定义)的基本操作(21个),包括算法7.1、// 7.2、算法7.4~7.6// 初始条件:图G存在,u和G中顶点有相同特征// 操作结果:若G中存在顶点u,则返回该顶点在图中位置;否则返回-1int LocateVex(MGraph G, VertexType u){int i;for (i = 0; i < G.vexnum; ++i){if (strcmp(u, G.vexs[i]) == 0)return i;}return -1;}// 采用数组(邻接矩阵)表示法,由文件构造没有相关信息的无向图Gvoid CreateFUDG(MGraph &G){int i, j, k;charfilename[13];VertexTypeva, vb;FILE*graphlist;printf("请输入数据文件名(f7-1.txt或f7-2.txt):"); scanf("%s",filename); graphlist = fopen(filename, "r");// 打开数据文件,并以graphlist表示 fscanf(graphlist, "%d", &G.vexnum); fscanf(graphlist, "%d", &G.arcnum); for (i = 0; i < G.vexnum; ++i) fscanf(graphlist, "%s", G.vexs[i]);// 构造顶点向量 for (i = 0; i < G.vexnum; ++i)// 初始化邻接矩阵 for (j = 0; j < G.vexnum; ++j) { G.arcs[i][j].adj = 0;// 图 G.arcs[i][j].info = NULL;// 没有相关信息 } for (k = 0; k < G.arcnum; ++k) { fscanf(graphlist, "%s%s", va, vb); i = LocateVex(G, va); j = LocateVex(G, vb); G.arcs[i][j].adj = G.arcs[j][i].adj = 1;// 无向图 } fclose(graphlist);// 关闭数据文件 G.kind = UDG;}// 采用数组(邻接矩阵)表示法,由文件构造没有相关信息的无向网Gvoid CreateFUDN(MGraph &G){int i, j, k, w;char filename[13];VertexTypeva, vb;FILE*graphlist;printf("请输入数据文件名:");scanf("%s", filename);graphlist = fopen(filename, "r"); fscanf(graphlist, "%d", &G.vexnum); fscanf(graphlist, "%d", &G.arcnum); for (i = 0; i < G.vexnum; ++i) fscanf(graphlist, "%s", G.vexs[i]);// 构造顶点向量 for (i = 0; i < G.vexnum; ++i) for (j = 0; j < G.vexnum; ++j) { G.arcs[i][j].adj = INFINITY;// 网 G.arcs[i][j].info = NULL; } for (k = 0; k < G.arcnum; ++k) { fscanf(graphlist, "%s%s%d", va, vb, &w); i = LocateVex(G, va); j = LocateVex(G, vb); G.arcs[i][j].adj = G.arcs[j][i].adj = w;// 无向网 } fclose(graphlist); // 关闭数据文件 G.kind = UDN;}// 采用数组(邻接矩阵)表示法,构造有向图Gvoid CreateDG(MGraph &G){int i, j, k, l, IncInfo;chars[MAX_INFO];VertexTypeva, vb;printf("请输入有向图G的顶点数,弧数,弧是否含其它信息(是:1,否:0): ");scanf("%d,%d,%d", &G.vexnum, &G.arcnum, &IncInfo);printf("请输入%d个顶点的值(<%d个字符):\n",G.vexnum,MAX_NAME);for (i = 0; i < G.vexnum; ++i)// 构造顶点向量scanf("%s", G.vexs[i]);for (i = 0; i < G.vexnum; ++i)// 初始化邻接矩阵for (j = 0; j < G.vexnum; ++j){G.arcs[i][j].adj = 0;// 图G.arcs[i][j].info = NULL;}printf("请输入%d条弧的弧尾 弧头(以空格作为间隔): \n",G.arcnum);for (k = 0; k < G.arcnum; ++k){scanf("%s%s%*c", va, vb);// %*c吃掉回车符i = LocateVex(G, va);j = LocateVex(G, vb);G.arcs[i][j].adj = 1; // 有向图if (IncInfo){printf("请输入该弧的相关信息(<%d个字符): ",MAX_INFO);gets(s);l = strlen(s);if (l){G.arcs[i][j].info = (char*)malloc((l + 1)*sizeof(char)); // 有向strcpy(G.arcs[i][j].info, s);}}}G.kind = DG;}// 采用数组(邻接矩阵)表示法,构造有向网Gvoid CreateDN(MGraph &G){int i, j, k, w, IncInfo;char s[MAX_INFO];VertexTypeva, vb;printf("请输入有向网G的顶点数,弧数,弧是否含其它信息(是:1,否:0): "); scanf("%d,%d,%d", &G.vexnum, &G.arcnum, &IncInfo); printf("请输入%d个顶点的值(<%d个字符):\n",G.vexnum, MAX_NAME);for (i = 0; i < G.vexnum; ++i)// 构造顶点向量scanf("%s", G.vexs[i]);for (i = 0; i < G.vexnum; ++i)// 初始化邻接矩阵for (j = 0; j < G.vexnum; ++j){G.arcs[i][j].adj = INFINITY; // 网G.arcs[i][j].info = NULL;}printf("请输入%d条弧的弧尾 弧头 权值(以空格作为间隔): \n",G.arcnum);for(k = 0; k < G.arcnum; ++k) { scanf("%s%s%d%*c",va, vb, &w); // %*c吃掉回车符 i = LocateVex(G, va); j = LocateVex(G, vb); G.arcs[i][j].adj = w; // 有向网 if(IncInfo) { printf("请输入该弧的相关信息(<%d个字符): ",MAX_INFO); gets(s); w = strlen(s); if(w) { G.arcs[i][j].info=(char*)malloc((w+1)*sizeof(char)); // 有向 strcpy(G.arcs[i][j].info, s); } } } G.kind = DN;}// 采用数组(邻接矩阵)表示法,构造无向图Gvoid CreateUDG(MGraph &G){ int i, j, k, l, IncInfo; char s[MAX_INFO]; VertexType va, vb; printf("请输入无向图G的顶点数,边数,边是否含其它信息(是:1,否:0): "); scanf("%d,%d,%d", &G.vexnum, &G.arcnum, &IncInfo); printf("请输入%d个顶点的值(<%d个字符):\n", G.vexnum, MAX_NAME); for(i = 0; i < G.vexnum; ++i) // 构造顶点向量 scanf("%s", G.vexs[i]); for(i = 0; i < G.vexnum; ++i) // 初始化邻接矩阵 for(j = 0; j < G.vexnum; ++j) { G.arcs[i][j].adj = 0; // 图 G.arcs[i][j].info = NULL; } printf("请输入%d条边的顶点1 顶点2(以空格作为间隔): \n", G.arcnum);for (k = 0; k < G.arcnum; ++k) { scanf("%s%s%*c",va, vb); // %*c吃掉回车符 i = LocateVex(G, va); j = LocateVex(G, vb); G.arcs[i][j].adj = G.arcs[j][i].adj = 1; // 无向图 if (IncInfo) { printf("请输入该边的相关信息(<%d个字符): ", MAX_INFO); gets(s); l = strlen(s); if(l) { G.arcs[i][j].info=G.arcs[j][i].info = (char*)malloc((l+1)*sizeof(char)); // 无向,两个指针指向同一个信息 strcpy(G.arcs[i][j].info, s); } } } G.kind = UDG;}// 采用数组(邻接矩阵)表示法,构造无向网G。算法7.2void CreateUDN(MGraph &G){ int i, j, k, w, IncInfo; char s[MAX_INFO]; VertexType va, vb; printf("请输入无向网G的顶点数,边数,边是否含其它信息(是:1,否:0): "); scanf("%d,%d,%d", &G.vexnum, &G.arcnum, &IncInfo); printf("请输入%d个顶点的值(<%d个字符):\n", G.vexnum, MAX_NAME); for(i=0;i<G.vexnum;++i) // 构造顶点向量 scanf("%s",G.vexs[i]); for(i=0;i<G.vexnum;++i) // 初始化邻接矩阵 for(j=0;j<G.vexnum;++j) { G.arcs[i][j].adj=INFINITY; // 网 G.arcs[i][j].info=NULL; } printf("请输入%d条边的顶点1 顶点2 权值(以空格作为间隔): \n",G.arcnum); for(k=0;k<G.arcnum;++k) { scanf("%s%s%d%*c",va,vb,&w); // %*c吃掉回车符 i=LocateVex(G,va); j=LocateVex(G,vb); G.arcs[i][j].adj=G.arcs[j][i].adj=w; // 无向 if(IncInfo) { printf("请输入该边的相关信息(<%d个字符): ",MAX_INFO); gets(s); w=strlen(s); if(w) { G.arcs[i][j].info=G.arcs[j][i].info=(char*)malloc((w+1)*sizeof(char)); // 无向,两个指针指向同一个信息 strcpy(G.arcs[i][j].info,s); } } } G.kind = UDN;}// 采用数组(邻接矩阵)表示法,构造图G。算法7.1改void CreateGraph(MGraph &G){ printf("请输入图G的类型(有向图:0,有向网:1,无向图:2,无向网:3): "); scanf("%d",&G.kind); switch(G.kind) { case DG: CreateDG(G); // 构造有向图 break; case DN: CreateDN(G); // 构造有向网 break; case UDG:CreateUDG(G); // 构造无向图 break; case UDN:CreateUDN(G); // 构造无向网 }}// 初始条件:图G存在。操作结果:销毁图Gvoid DestroyGraph(MGraph &G){int i, j, k = 0;if (G.kind %2)// 网k = INFINITY;// k为两顶点之间无边或弧时邻接矩阵元素的值for (i = 0; i < G.vexnum; ++i)// 释放弧或边的相关信息(如果有的话){if (G.kind < 2)// 有向{for (j = 0; j < G.vexnum; j++){if (G.arcs[i][j].adj != k) // 有弧{if (G.arcs[i][j].info)// 有相关信息{free(G.arcs[i][j].info);G.arcs[i][j].info = NULL;}}}}else// 无向{for (j = i+1; j < G.vexnum; j++)// 只查上三角{if (G.arcs[i][j].adj != k) // 有边{if (G.arcs[i][j].info)// 有相关信息{free(G.arcs[i][j].info);G.arcs[i][j].info = G.arcs[j][i].info = NULL;}}}}}G.vexnum = 0;// 顶点数为0G.arcnum = 0;// 边数为0}// 初始条件:图G存在,v是G中某个顶点的序号。操作结果:返回v的值VertexType& GetVex(MGraph G,int v){if (v >= G.vexnum || v < 0)exit(ERROR);return G.vexs[v];}// 初始条件:图G存在,v是G中某个顶点。操作结果:对v赋新值valueStatus PutVex(MGraph &G,VertexType v,VertexType value){int k;k = LocateVex(G, v);if (k < 0)return ERROR;strcpy(G.vexs[k], value);return OK;}// 初始条件:图G存在,v是G中某个顶点// 操作结果:返回v的第一个邻接顶点的序号。若顶点在G中没有邻接顶点,则返回-1int FirstAdjVex(MGraph G,VertexType v){int i, j = 0, k;k = LocateVex(G, v);if (k < 0)return ERROR;if (G.kind % 2)// 网j = INFINITY;for (i = 0; i < G.vexnum; i++)if (G.arcs[k][i].adj != j)return i;return -1;}// 初始条件:图G存在,v是G中某个顶点,w是v的邻接顶点// 操作结果:返回v的(相对于w的)下一个邻接顶点的序号,若w是v的最后一个邻接顶点,则返回-1int NextAdjVex(MGraph G,VertexType v,VertexType w){int i, j = 0, k1, k2;k1 = LocateVex(G, v);// k1为顶点v在图G中的序号k2 = LocateVex(G, w);// k2为顶点v在图G中的序号if (G.kind%2) // 网j = INFINITY;for (i = k2+1; i < G.vexnum; i++)if (G.arcs[k1][j].adj != j)return i;return -1;}// 初始条件:图G存在,v和图G中顶点有相同特征// 操作结果:在图G中增添新顶点v(不增添与顶点相关的弧,留待InsertArc()去做)void InsertVex(MGraph &G, VertexType v){int i, j = 0; if(G.kind%2) // 网 j = INFINITY; strcpy(G.vexs[G.vexnum], v); // 构造新顶点向量 for (i = 0; i <= G.vexnum; i++) { G.arcs[G.vexnum][i].adj = G.arcs[i][G.vexnum].adj = j; // 初始化新增行、新增列邻接矩阵的值(无边或弧) G.arcs[G.vexnum][i].info = G.arcs[i][G.vexnum].info = NULL; // 初始化相关信息指针 } G.vexnum++;}// 初始条件:图G存在,v是G中某个顶点。操作结果:删除G中顶点v及其相关的弧Status DeleteVex(MGraph &G,VertexType v){ int i, j, k; VRType m=0; if(G.kind%2) // 网 m = INFINITY; k = LocateVex(G, v); // k为待删除顶点v的序号 if(k < 0) // v不是图G的顶点 return ERROR; for(j = 0; j < G.vexnum; j++) if(G.arcs[j][k].adj != m) // 有入弧或边 { if(G.arcs[j][k].info) // 有相关信息 free(G.arcs[j][k].info); // 释放相关信息 G.arcnum--; // 修改弧数 } if(G.kind < 2) // 有向 for(j=0;j<G.vexnum;j++) if(G.arcs[k][j].adj!=m) // 有出弧 { if(G.arcs[k][j].info) // 有相关信息 free(G.arcs[k][j].info); // 释放相关信息 G.arcnum--; // 修改弧数 } for(j=k+1;j<G.vexnum;j++) // 序号k后面的顶点向量依次前移 strcpy(G.vexs[j-1],G.vexs[j]); for(i=0;i<G.vexnum;i++) for(j=k+1;j<G.vexnum;j++) G.arcs[i][j-1]=G.arcs[i][j]; // 移动待删除顶点之右的矩阵元素 for(i=0;i<G.vexnum;i++) for(j=k+1;j<G.vexnum;j++) G.arcs[j-1][i]=G.arcs[j][i]; // 移动待删除顶点之下的矩阵元素 G.vexnum--; // 更新图的顶点数 return OK; }// 初始条件:图G存在,v和w是G中两个顶点// 操作结果:在G中增添弧<v,w>,若G是无向的,则还增添对称弧<w,v>Status InsertArc(MGraph &G,VertexType v,VertexType w){ int i,l,v1,w1; char s[MAX_INFO]; v1=LocateVex(G,v); // 尾 w1=LocateVex(G,w); // 头 if(v1<0||w1<0) return ERROR; G.arcnum++; // 弧或边数加1 if(G.kind%2) // 网 { printf("请输入此弧或边的权值: "); scanf("%d",&G.arcs[v1][w1].adj); } else // 图 G.arcs[v1][w1].adj=1; printf("是否有该弧或边的相关信息(0:无 1:有): "); scanf("%d%*c",&i); if(i) { printf("请输入该弧或边的相关信息(<%d个字符):",MAX_INFO); gets(s); l=strlen(s); if(l) { G.arcs[v1][w1].info=(char*)malloc((l+1)*sizeof(char)); strcpy(G.arcs[v1][w1].info,s); } } if(G.kind>1) // 无向 { G.arcs[w1][v1].adj=G.arcs[v1][w1].adj; G.arcs[w1][v1].info=G.arcs[v1][w1].info; // 指向同一个相关信息 } return OK;}// 初始条件:图G存在,v和w是G中两个顶点// 操作结果:在G中删除弧<v,w>,若G是无向的,则还删除对称弧<w,v>Status DeleteArc(MGraph &G,VertexType v,VertexType w){ int v1,w1,j=0; if(G.kind%2) // 网 j=INFINITY; v1=LocateVex(G,v); // 尾 w1=LocateVex(G,w); // 头 if(v1<0||w1<0) // v1、w1的值不合法 return ERROR; G.arcs[v1][w1].adj=j; if(G.arcs[v1][w1].info) // 有其它信息 { free(G.arcs[v1][w1].info); G.arcs[v1][w1].info=NULL; } if(G.kind>=2) // 无向,删除对称弧<w,v> { G.arcs[w1][v1].adj=j; G.arcs[w1][v1].info=NULL; } G.arcnum--; // 弧数-1 return OK;}// 从第v个顶点出发递归地深度优先遍历图G。算法7.5void DFS(MGraph G,int v){ int w; visited[v] = TRUE; // 设置访问标志为TRUE(已访问) VisitFunc(G.vexs[v]); // 访问第v个顶点 for(w = FirstAdjVex(G,G.vexs[v]); w >= 0; w = NextAdjVex(G,G.vexs[v],G.vexs[w])) if(!visited[w]) DFS(G,w); // 对v的尚未访问的序号为w的邻接顶点递归调用DFS}// 初始条件:图G存在,Visit是顶点的应用函数。算法7.4// 操作结果:从第1个顶点起,深度优先遍历图G,并对每个顶点调用函数Visit一次且仅一次void DFSTraverse(MGraph G,void(*Visit)(VertexType)){ int v; VisitFunc=Visit; // 使用全局变量VisitFunc,使DFS不必设函数指针参数 for(v=0;v<G.vexnum;v++) visited[v]=FALSE; // 访问标志数组初始化(未被访问) for(v=0;v<G.vexnum;v++) if(!visited[v]) DFS(G,v); // 对尚未访问的顶点v调用DFS printf("\n");}// typedef VRType QElemType; // 队列元素类型// 初始条件:图G存在,Visit是顶点的应用函数。算法7.6// 操作结果:从第1个顶点起,按广度优先非递归遍历图G,并对每个顶点调用函数Visit一次且仅一次void BFSTraverse(MGraph G,void(*Visit)(VertexType)){ int v,u,w; LinkQueue Q; // 使用辅助队列Q和访问标志数组visited for(v=0;v<G.vexnum;v++) visited[v]=FALSE; // 置初值 InitQueue(Q); // 置空的辅助队列Q for(v=0;v<G.vexnum;v++) if(!visited[v]) // v尚未访问 { visited[v]=TRUE; // 设置访问标志为TRUE(已访问) Visit(G.vexs[v]); EnQueue(Q,v); // v入队列 while(!QueueEmpty(Q)) // 队列不空 { DeQueue(Q,u); // 队头元素出队并置为u for(w = FirstAdjVex(G,G.vexs[u]); w >= 0; w=NextAdjVex(G,G.vexs[u],G.vexs[w])) if(!visited[w]) // w为u的尚未访问的邻接顶点的序号 { visited[w]=TRUE; Visit(G.vexs[w]); EnQueue(Q,w); } } } printf("\n");}// 输出邻接矩阵存储表示的图Gvoid Display(MGraph G){ int i, j; char s[7]; switch(G.kind) { case DG: strcpy(s,"有向图"); break; case DN: strcpy(s,"有向网"); break; case UDG:strcpy(s,"无向图"); break; case UDN:strcpy(s,"无向网"); } printf("%d个顶点%d条边或弧的%s。顶点依次是: ", G.vexnum, G.arcnum, s); for(i=0;i<G.vexnum;++i) // 输出G.vexs printf("%s ",G.vexs[i]); printf("\nG.arcs.adj:\n"); // 输出G.arcs.adj for(i=0;i<G.vexnum;i++) { for(j=0;j<G.vexnum;j++) printf("%11d",G.arcs[i][j].adj); printf("\n"); } printf("G.arcs.info:\n"); // 输出G.arcs.info printf("顶点1(弧尾) 顶点2(弧头) 该边或弧的信息:\n"); for(i=0;i<G.vexnum;i++) if(G.kind<2) // 有向 { for(j=0;j<G.vexnum;j++) if(G.arcs[i][j].info) printf("%5s %11s %s\n",G.vexs[i],G.vexs[j],G.arcs[i][j].info); } // 加括号为避免if-else对配错 else // 无向,输出上三角 for(j=i+1;j<G.vexnum;j++) if(G.arcs[i][j].info) printf("%5s %11s %s\n",G.vexs[i],G.vexs[j],G.arcs[i][j].info);}void visit(VertexType i){ printf("%s ",i);}int main(){ int i,j,k,n; MGraph g; VertexType v1,v2; printf("请顺序选择有向图,有向网,无向图,无向网\n"); for(i=0;i<4;i++) // 验证4种情况 { CreateGraph(g); // 构造图g Display(g); // 输出图g printf("插入新顶点,请输入顶点的值: "); scanf("%s",v1); InsertVex(g,v1); printf("插入与新顶点有关的弧或边,请输入弧或边数: "); scanf("%d",&n); for(k=0;k<n;k++) { printf("请输入另一顶点的值: "); scanf("%s",v2); if(g.kind<=1) // 有向 { printf("对于有向图或网,请输入另一顶点的方向(0:弧头 1:弧尾): "); scanf("%d",&j); if(j) // v2是弧尾 InsertArc(g,v2,v1); else // v2是弧头 InsertArc(g,v1,v2); } else // 无向 InsertArc(g,v1,v2); } Display(g); // 输出图g printf("删除顶点及相关的弧或边,请输入顶点的值: "); scanf("%s",v1); DeleteVex(g,v1); Display(g); // 输出图g } DestroyGraph(g); // 销毁图g}
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