C语言数据结构基础学习笔记——图

时间:2024-12-04 12:36:38

图(G)由顶点集(V)和边集(E)组成,G=(V,E)

常用概念:

①V(G)表示图G中顶点的有限非空集,V永不为空;

②用|V|表示图G中顶点的个数,也称为图G的阶;

③E(G)表示图G中顶点之间关系(边)的集合;

④用|E|表示图G中边的条数。

图分为:

①有向图:有向边(弧)的有限集合<V,W>;

②无向图:无向边(边)的有限集合(V,W)。

简单图:不存在顶点到自身的边,同一条边不重复出现。

多重图:某两个结点之间的边数多于一条,又允许顶点通过一条边和自己关联。

完全图:任意两个结点之间都有边,其分为:

①无向完全图:如果任意两个顶点之间都有边,其有n个结点,n*(n-1)/2条边;

②有向完全图:如果任意两个顶点之间都存在方向相反的两条弧,其有n个结点,n*(n-1)条边。

子图:若G=(V,E),G'=(V',E'),其中V'为V的子集,E'为E的子集,若V(G')=V(G),则G'为G的子图。

连通图:图中任意两个顶点都是连通的。

连通分量:无向图中的极大连通子图,有以下特点:①子图;②连通;③顶点足够多;④包含这些依附在顶点的所有边。

强连通:顶点V到顶点W和顶点W到顶点V都有路径。

强连通图:图中任意一对顶点都是强连通的。

强连通分量:有向图中的极大强连通子图,有以下特点:①子图;②强连通;③顶点足够多;④包含这些依附在顶点的所有弧。

度:以该顶点为一个端点的边数目。

在无向图中:顶点V的度是依附于该顶点的边条数,记为TD;

在有向图中:①入度:以顶点V为终点的有向边的条数,记为ID;

      ②出度:以顶点V为起点的有向边的条数,记为OD。

图的存储结构有以下几种:

①图的顺序存储结构:邻接矩阵,其顶点用一位数组来存储,边或弧用二维数组来存储,例如a[i][j]=1表示(vi,vj)或<vi,vj>是图的边。

#define MaxVertexNum 100                          //顶点数目最大值
typedef char VertexType; //顶点的数据类型
typedef int EdgeType; //整数表示权值或者连通性
typedef struct{
VertexType Vex[MaxVertexNum]; //顶点表
EdgeType Edge[MaxVertexNum][MaxVertexNum]; //邻接矩阵,边表
int vexnum,arcnum; //图的当前顶点数和弧度
}MGraph;

②图的链式存储结构:邻接表,由顶点表和边表(单链表)组成,无法遍历,只有出弧。

#define MaxVertexNum 100
typedef struct VNode{ //顶点表结点
VertexType data; //顶点表信息
ArcNode *firstedge; //单链表头指针
}VNode,AdjList[MaxVertexNum];
typedef struct ArcNode{ //边表结点
int adjvex; //该弧所指向顶点的位置
struct ArcNode *next; //指向下一条弧的指针
}ArcNode;
typedef struct{
AdjList vertices; //邻接表
int vexnum,arcnum; //图的顶点数和弧数
}ALGraph; //以邻接表存储的图类型

③有向图的优化链式存储结构:十字链表

#define MaxVertexNum 100
typedef struct VNode{
VertexType data; //顶点数据
ArcNode *first,*firstout; //该顶点的入边表头指针和出边表头指针
}VNode;
typedef struct ArcNode{
int tailvex,headvex; //这条弧的起点所在顶点表下标和终点所在顶点表下标
struct ArcNode *hlink,*tlink; //终点相同的下一条弧以及起点相同的下一条弧
}ArcNode;
typedef struct{
VNode xlist[MaxVertexNum]; //顶点依旧用顺序存储
int vexnum,arcnum; //图的顶点数与弧数
}GLGraph; //十字链表存储的图类型

④无向图的优化链式存储结构:邻接多重表

#define MaxVertexNum 100
typedef struct VNode{ //顶点表结点
VertexType data; //顶点表信息
ArcNode *firstedge; //单链表头指针
}VNode;
typedef struct ArcNode{ //边表结点
int ivex,jvex; //这条边依附的两个顶点在顶点表的下标
struct ArcNode *ilink,*jlink; //对应两个顶点的下一条边
}ArcNode;
typedef struct{
VNode xlist[MaxVertexNum];
int vexnum,arcnum; //图的顶点数和弧数
}DLGraph;

图的遍历:因为图的顶点没有特殊性,所以可以设置一个访问数组,记录遍历过程中访问过的顶点。

广度优先遍历(BFS):类似于树中的层序遍历算法。

#define MaxSize 100
bool visited[MaxSize];
void BFS(Graph G,int v){
ArcNode *p; //工作指针p
InitQueue(Q); //初始化第一个队列
visit(v); //访问第一个顶点v
visited[v]=true; //对v做已访问标记
Enqueue(Q,v); //顶点v入队列
while(!isEmpty(Q)){ //只要队列不空
DeQueue(Q,v); //顶点v出队列
p=G->adjlist[v].firstedge; //指针p指向当前顶点的边表链表头指针
while(p){
if(!visited[p->adjvex]){ //p所指向顶点如果未被访问
visit(p->adjvex); //访问p所指向的顶点
visited[p->adjvex]=true; //对这个顶点做已访问标记
EnQueue(Q,p->adjvex); //这个顶点入队列
}
p=p->next; //p指向该顶点的下一条边
}
}
}
void BFSTraverse(Graph G){
int i; //单独定义是方便多个循环使用
for(i=;i<G->vexnum;i++) visited[i]=false; //将标志数组初始化(全局数组)
for(i=;i<G->vexnum;i++){
if(!visited[i]) BFS(G,i); //为避免非连通图一些顶点访问不到,若是连通图只会执行一次
}
}

BFS的应用:解决单源非带权图最短路径问题。

深度优先遍历(DFS):类似于树的先序遍历算法。

#define MaxSize 100
bool visited[MaxSize];
void DFS(Graph G,int v){
ArcNode *p;
visit(v);
visited[v]=true;
p=G->adjlist[v].firstarc;
while(p!=NULL){
if(!visited[p->adjvex]){
DFS(G,p->adjvex);
}
p=p->nextarc;
}
}
void DFSTraverse(Graph G){
int i;
for(i=;i<G->vexnum;i++) visited[i]=false; //将标志数组初始化(全局数组)
for(i=;i<G->vexnum;i++){
if(!visited[i]) DFS(G,i);
}
}