标准算法整理V

时间:2021-11-29 14:16:03

(一)图的表示

给定图G=(V,E),其中V表示图的点、E表示图的边,V[G]表示图G的点集合,E[G]表示图G的边集合。
表示方法:邻接表,邻接矩阵,均可用于有向图和无向图
有向图,两个顶点间有方向,是单向边,而无向图两个顶点之间是双向边。
1)邻接表
当图G中|E|(边)远小于|V|2(点)时,即为稀疏图,适用邻接表表示。
图G=(V,E)的邻接表表示由一个包含|V|个列表的数组Adj所组成,其中每个列表对应于V中的一个顶点。对于每一个u∈V,邻接表Adj[u]包含所有满足(u,v)∈E的顶点v。即Adj[u]中包含图G中所有和顶点u相邻的顶点,邻接表的长度之和为|E|,u指向v为一条边。
如果G是有向图,则是包含u指向的顶点。每个邻接表中的顶点一般以任意顺序存储,邻接表的长度之和为2|E|,u和v双向两条边。
邻接表的存储空间为⊙(V+E),如果是图边是加权的,可以把权值w(u,v)存储在相应数组中表示。
2)邻接矩阵
当图G中|E|接近|V|2时,即为稠密图,或者需快速判断两个顶点间是否存在连接边时,适用邻接矩阵表示。
图G=(V,E)的邻接矩阵表示,假定各顶点编号从1,2,…,|V|,那么G的邻接矩阵为一个|V|X|V|的矩阵A=(aij),满足:aij=1,如果(i,j)∈E;aij=0,如果(i,j)∉E;在有向图中属于E[G]边集合是从i到j的指向。
邻接矩阵的存储空间为⊙(V2),与图中的边数无关。如果是无向图,矩阵A是对称矩阵,可以只存储对角线及对角线以上部分,存储空间节省近一半。如果图边是加权的,可以在相应矩阵行列点上存储权值。如果是非加权图,存储邻接矩阵的每个元素时,可以只用一个二进制位表示,而不必用一个字的空间。

(二)广度优先搜索 (BFS)

定义:首先访问出发点v,接着访问v的所有邻接点w1,w2……wt,然后在依次访问与w1,w2……wt邻接的所有未曾访问过的顶点。以此类推,直至图中所有和起点v有路径想通的顶点都已访问到为止,此时从v开始的搜索过程结束。

#include <stdio.h>
#define N 4

//广度优先搜索算法,邻接矩阵表示
int qh,qe,visited[100];
int sq[100];
int bfsm(){
    int g[][N]={{0,1,1,0},{0,0,0,0},{0,0,0,1},{1,0,0,0}};
    int i;
    qh=0;//队首
    qe=1;//队尾
    sq[0]=0;//sq[0]=k;从k开始搜索
    visited[0]=1;//visited[k]=1;
    printf("%d ",sq[0]+1);
    while(qh!=qe)
    {
        for(i=0;i<N;i++)
        {
            if(g[sq[qh]][i]==1&&visited[i]==0)//核心
            {
                sq[qe]=i;
                visited[i]=1;
                printf("%d ",i+1);
                qe++;
            }
        }
        qh++;
    }
    return 0;
}
int main() {
    int i;
    for(i=0;i<N;i++)
        visited[i]=0;
    bfsm();
    printf("\n");
    return 0;
}

应用:广度优先搜索类似于树的层次遍历,逐层搜索,适用于最短路径问题
例:已知若干个城市的地图,要求一个城市到另一个城市的路径,要求途中经过的城市最少(A->H)

#include <stdio.h>
#define N 8
int qh,qe,visited[100];
struct {
    int city,pre; //pre:前趋城市队列中的下标
}sq[100];
int out()  //从起点到终点输出
{
    int i,j,a[N];
    i=0;
    do{
        a[i++]=sq[qe].city;
        qe=sq[qe].pre;
    }while(qe!=0);
    a[i]=sq[0].city;
    printf("%d(%c)",a[i]+1,a[i]+'A');
    for(j=--i;j>=0;j--)
        printf("%d(%c)",a[j]+1,a[j]+'A');
    printf("\n");
    return 0;
}
int search()
{
    int jz[][N]={{0,1,1,1,0,1,0,0},{1,0,0,0,0,1,0,0},{1,0,0,1,1,0,0,0},
                 {1,0,1,0,0,0,1,0},{0,0,1,0,0,0,1,1},{1,1,0,0,0,0,0,1},
                 {0,0,0,1,1,0,0,1},{0,0,0,0,1,1,1,0}};
    int i,flag;
    qh=0;
    qe=1;
    sq[0].city=0;
    visited[0]=1;
    flag=1;
    while(qh!=qe&&flag)
    {
        for(i=0;i<N&&flag;i++)
        {
            if(jz[sq[qh].city][i]==1&&visited[i]==0)
            {
                sq[qe].city=i;
                sq[qe].pre=qh;
                visited[i]=1;
                if(sq[qe].city==N-1)
                {
                    out();
                    flag=0;
                }
                qe++;
            }
        }
        qh++;
    }
    if(flag)
        printf("Non solution.\n");
}
int main() {
    int i;
    for(i=0;i<N;i++)
        visited[i]=0;
    search();
    return 0;
}

(三)深度优先搜索(DFS)

定义:首先访问出发点v,并将其标记为一访问过;然后依次从v出发搜索v的每一个邻接点w,若w未曾访问过,则以w为新的厨房点继续进行深度优先搜索,直至图中所有和源点v有路径相通的顶点都已被访问为止。

#include <stdio.h>
#define N 4

//深度优先搜索算法,用邻接矩阵表示
int visited[N];
int g[][N]={{0,1,1,0},{0,0,0,0},{0,0,0,1},{1,0,0,0}};
int dfsm(int g[][N],int k)
{
    int j;
    printf("%d ",k+1);
    visited[k]=1;
    for(j=0;j<N;j++)
        if(g[k][j]==1&&visited[j]==0) //核心
            dfsm(g,j);
}
int main() {
    int i;
    for(i=0;i<N;i++)
        visited[i]=0;
    dfsm(g,0);
    printf("\n");
    return 0;
}

应用:七巧板涂色问题,共4种颜色,相邻区域涂不同颜色
涂色过程:(1)对某一区域涂上与其相邻区域不同的颜色
(2)若使用4种颜色进行涂色均不能满足要求,则回溯一步,更改前一区域的颜色
(3)转步骤(1)继续涂色,直到所有区域全部涂色位置,输出结果

#include <stdio.h>
#define N 7
int color[N];
int output()
{
    int i;
    static int total=1;
    printf("serial number:%3d ",total);
    for(i=0;i<N;i++)
        printf("%d ",color[i]);
    printf("\n");
    total++;
    return 0;
}
int colorsame(int s)
{
    int i,flag=0;
    int data[][N]={{0,1,0,0,1,0,1},{1,0,0,1,0,1,0},{0,0,0,1,0,0,1},{0,1,1,0,0,1,1},
                   {1,0,0,0,0,0,1},{0,1,0,1,0,0,0},{1,0,1,1,1,0,0}};
    for(i=0;i<s&&!flag;i++)
    {
        if(data[s][i]==1&&color[i]==color[s])//核心
            flag=1;
    }
    return flag;
}
int try(int s)
{
    int i;
    if(s==N)
        output();
    else
        for(i=0;i<4;i++)
        {
            color[s]=i;
            if(colorsame(s)==0)
                try(s+1);
        }
}

int main() {
    int i;
    for(i=0;i<N;i++)
        color[i]=0;
    try(1);
    return 0;
}