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图总结之存储结构代码详解

时间:2014-11-16 18:43:59      阅读:291      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:数据结构   图存储   邻接表   邻接矩阵   十字链表   

一、图的存储结构

1.1 邻接矩阵

    图的邻接矩阵存储方式是用两个数组来表示图。一个一维数组存储图中顶点信息,一个二维数组(邻接矩阵)存储图中的边或弧的信息。

    设图G有n个顶点,则邻接矩阵是一个n*n的方阵,定义为:

    bubuko.com,布布扣

    看一个实例,下图左就是一个无向图。

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    从上面可以看出,无向图的边数组是一个对称矩阵。所谓对称矩阵就是n阶矩阵的元满足aij = aji。即从矩阵的左上角到右下角的主对角线为轴,右上角的元和左下角相对应的元全都是相等的。

    从这个矩阵中,很容易知道图中的信息。

    (1)要判断任意两顶点是否有边无边就很容易了;

    (2)要知道某个顶点的度,其实就是这个顶点vi在邻接矩阵中第i行或(第i列)的元素之和;

    (3)求顶点vi的所有邻接点就是将矩阵中第i行元素扫描一遍,arc[i][j]为1就是邻接点;

    而有向图讲究入度和出度,顶点vi的入度为1,正好是第i列各数之和。顶点vi的出度为2,即第i行的各数之和。

    若图G是网图,有n个顶点,则邻接矩阵是一个n*n的方阵,定义为:

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    这里的wij表示(vi,vj)上的权值。无穷大表示一个计算机允许的、大于所有边上权值的值,也就是一个不可能的极限值。下面左图就是一个有向网图,右图就是它的邻接矩阵。

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    那么邻接矩阵是如何实现图的创建的呢?代码如下。(有向图)

#include <iostream>
typedef char VertexType;                //顶点类型
typedef int EdgeType;                   //边权值类型
#define INF    65535               //用65535来代表无穷大
typedef struct
{
    VertexType vexs[MAXVEX];            //顶点表
    EdgeType   arc[MAXVEX][MAXVEX];         //邻接矩阵,可看作边
    int numVertexes, numEdges;      //图中当前的顶点数和边数
}Graph;

void CreateGraph(Graph *G)
{
	int i,j,k,w;
	printf("输入顶点数和边数:\n");
	scanf("%d%d",&G->numVertexes,&G->numEdges);
	getchar();
	printf("输入%d个顶点符号:\n",G->numVertexes);
	for(i=0;i<G->numVertexes;i++)
		scanf("%c",&G->vexs[i]);
	getchar();
	for(i=0;i<G->numVertexes;i++)
		for(j=0;j<G->numVertexes;j++)
			G->arc[i][j]=INF;
		for(k=0;k<2*G->numEdges;k++)//关于循环次数无向图G->numEdges次,有向图G->numEdges*2次
		{
			printf("输入边(vi,vj)上的下标i,j和权w:");//如果是有向图,就按照方向输入下标
			scanf("%d%d%d",&i,&j,&w);
			
			
			G->arc[i][j]=w;
			G->arc[j][i]=G->arc[i][j];//有向图去掉这句
		}
}

//打印图
void printGraph(Graph g)
{
    int i, j;
    for(i = 0; i < g.numVertexes; i++)
    {
        for(j = 0; j < g.numVertexes; j++)
        {
            printf("%d  ", g.arc[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}

int main()
{
    Graph g;
	
    //邻接矩阵创建图
    CreateGraph(&g);
    printGraph(g);
    return 0;
}

测试数据:

4 6
ABCD
0 1 8
0 2 7
0 3 65535
1 0 65535
1 2 4
1 3 65535
2 0 65535
2 1 65535
2 3 2
3 0 5
3 1 3
3 2 65535

输出:

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1.2 邻接表

    邻接矩阵是不错的一种图存储结构,但是,对于边数相对顶点较少的图,这种结构存在对存储空间的极大浪费。因此,找到一种数组与链表相结合的存储方法称为邻接表。

    邻接表的处理方法是这样的:

    (1)图中顶点用一个一维数组存储,当然,顶点也可以用单链表来存储,不过,数组可以较容易的读取顶点的信息,更加方便。

    (2)图中每个顶点vi的所有邻接点构成一个线性表,由于邻接点的个数不定,所以,用单链表存储,无向图称为顶点vi的边表,有向图则称为顶点vi作为弧尾的出边表。

    例如,下图就是一个无向图的邻接表的结构。

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    从图中可以看出,顶点表的各个结点由data和firstedge两个域表示,data是数据域,存储顶点的信息,firstedge是指针域,指向边表的第一个结点,即此顶点的第一个邻接点。边表结点由adjvex和next两个域组成。adjvex是邻接点域,存储某顶点的邻接点在顶点表中的下标,next则存储指向边表中下一个结点的指针。

    对于带权值的网图,可以在边表结点定义中再增加一个weight的数据域,存储权值信息即可。如下图所示。

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    对于邻接表结构,图的建立代码如下。(无向图)

#include <iostream>
#define MAXVEX 1000         //最大顶点数
typedef char VertexType;        //顶点类型
typedef int EdgeType;           //边上权值类型

typedef struct EdgeNode         //边表结点
{
    int adjvex;         //邻接点域,存储该顶点对应的下标
    EdgeType weigth;        //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       //顶点表结构
{
    VertexType 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
}GraphList;

//建立图的邻接表结构
void CreateGraph(GraphList *g)
{
    int i, j, k;
    EdgeNode *e;
    printf("输入顶点数和边数:\n");
    scanf("%d%d", &g->numVertexes, &g->numEdges);
	getchar();
    for(i = 0; i <g->numVertexes; i++)
    {
        printf("请一次一个输入顶点%d:\n", i);
		scanf("%c",&g->adjList[i].data);          //输入顶点信息
		getchar();
        g->adjList[i].firstedge = NULL;          //将边表置为空表
		
    }
	g->adjList[i].firstedge = NULL; 
    //建立边表
    for(k = 0; k < g->numEdges; k++)//关于邻接表的循环次数无向图与与有向图都是g->numEdges次
    {
        printf("输入无向图边(vi,vj)上的顶点序号和权值:\n");
		int w;
		scanf("%d%d%d",&i,&j,&w);
		e =new EdgeNode;
		
        e->adjvex = j;        //邻接序号为j
        e->weigth = w;        //边<vi,vj>的权值
        e->next = g->adjList[i].firstedge;//将e指针指向当前顶点指向的结构
        g->adjList[i].firstedge = e;//将当前顶点的指针指向e
		
        e = new EdgeNode;
		
        e->adjvex =i;
		e->weigth = w;        //边<vj,vi>的权值
        e->next = g->adjList[j].firstedge;
        g->adjList[j].firstedge = e;
	}
}

void printGraph(GraphList *g)
{
    int i = 0;
	
    while(g->adjList[i].firstedge != NULL && i < MAXVEX)
    {
        printf("顶点:%c\n", g->adjList[i].data);
        EdgeNode *e = NULL;
        e = g->adjList[i].firstedge;
        while(e != NULL)
        {
			if(e->adjvex!=i)
            printf("邻接点下标:%d  边:<%c,%c>  weigth: %d\n", e->adjvex,g->adjList[i].data,g->adjList[e->adjvex].data,e->weigth);
            e = e->next;
        }
        i++;
        printf("\n");
    }
}

int main(int argc, char **argv)
{
    GraphList g;
    CreateGraph(&g);
    printGraph(&g);
    return 0;
}

测试数据:

4 6
A
B
C
D
0 2 5
0 3 7
1 0 8
2 1 3
2 3 2
3 1 4

输出:

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1.3 十字链表

    对于有向图来说,邻接表是有缺陷的。关心了出度问题,想了解入度就必须要遍历整个图才知道,反之,逆邻接表解决了入度却不了解出度情况。下面介绍的这种有向图的存储方法:十字链表,就是把邻接表和逆邻接表结合起来的。

    重新定义顶点表结点结构,如下所示。

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    其中firstin表示入边表头指针,指向该顶点的入边表中第一个结点,firstout表示出边表头指针,指向该顶点的出边表中的第一个结点。

    重新定义边表结构,如下所示。

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    其中,tailvex是指弧起点在顶点表的下表,headvex是指弧终点在顶点表的下标,headlink是指入边表指针域,指向终点相同的下一条边,taillink是指边表指针域,指向起点相同的下一条边。如果是网,还可以增加一个weight域来存储权值。

    比如下图,顶点依然是存入一个一维数组,实线箭头指针的图示完全与邻接表相同。就以顶点v0来说,firstout指向的是出边表中的第一个结点v3。所以,v0边表结点hearvex = 3,而tailvex其实就是当前顶点v0的下标0,由于v0只有一个出边顶点,所有headlink和taillink都是空的。

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    重点需要解释虚线箭头的含义。它其实就是此图的逆邻接表的表示。对于v0来说,它有两个顶点v1v2的入边。因此的firstin指向顶点v1的边表结点中headvex为0的结点,如上图圆圈1。接着由入边结点的headlink指向下一个入边顶点v2,如上图圆圈2。对于顶点v1,它有一个入边顶点v2,所以它的firstin指向顶点v2的边表结点中headvex为1的结点,如上图圆圈3。

    十字链表的好处就是因为把邻接表和逆邻接表整合在一起,这样既容易找到以v为尾的弧,也容易找到以v为头的弧,因而比较容易求得顶点的出度和入度。

    而且除了结构复杂一点外,其实创建图算法的时间复杂度是和邻接表相同的,因此,在有向图应用中,十字链表是非常好的数据结构模型。

    这里就介绍以上三种存储结构,除了第三种存储结构外,其他的两种存储结构比较简单。

文章内容参考大话数据结构!!!

图总结之存储结构代码详解

标签:数据结构   图存储   邻接表   邻接矩阵   十字链表   

原文地址:http://blog.csdn.net/u014492609/article/details/41146593

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