图基本算法 图的表示方法 邻接矩阵 邻接表

  

  要表示一个图G=(V,E),有两种标准的表示方法,即邻接表和邻接矩阵。这两种表示法既可用于有向图,也可用于无向图。通常采用邻接表表示法,因为用这种方法表示稀疏图(图中边数远小于点个数)比较紧凑。但当遇到稠密图(|E|接近于|V|^2)或必须很快判别两个给定顶点手否存在连接边时,通常采用邻接矩阵表示法,例如求最短路径算法中,就采用邻接矩阵表示。

  图G=<V,E>的邻接表表示是由一个包含|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]包含所有满足条件(u,v)∈E的顶点v。亦即,Adj[u]包含图G中所有和顶点u相邻的顶点。每个邻接表中的顶点一般以任意顺序存储。

  如果G是一个有向图,则所有邻接表的长度之和为|E|,这是因为一条形如(u,v)的边是通过让v出现在Adj[u]中来表示的。如果G是一个无向图,则所有邻接表的长度之和为2|E|,因为如果(u,v)是一条无向边,那么u会出现在v的邻接表中,反之亦然。邻接表需要的存储空间为O(V+E)。

  邻接表稍作变动,即可用来表示加权图,即每条边都有着相应权值的图,权值通常由加权函数w:E→R给出。例如,设G=<V,E>是一个加权函数为w的加权图。对每一条边(u,v)∈E,权值w(u,v)和顶点v一起存储在u的邻接表中。

邻接表C++实现:

 

  1 #include <iostream>
  2 #include <cstdio>
  3 using namespace std;
  4 
  5 #define maxn 100  //最大顶点个数
  6 int n, m;       //顶点数,边数
  7 
  8 struct arcnode  //边结点
  9 {
 10     int vertex;     //与表头结点相邻的顶点编号
 11     int weight = 0;     //连接两顶点的边的权值
 12     arcnode * next; //指向下一相邻接点
 13     arcnode() {}
 14     arcnode(int v,int w):vertex(v),weight(w),next(NULL) {}
 15     arcnode(int v):vertex(v),next(NULL) {}
 16 };
 17 
 18 struct vernode      //顶点结点,为每一条邻接表的表头结点
 19 {
 20     int vex;    //当前定点编号
 21     arcnode * firarc;   //与该顶点相连的第一个顶点组成的边
 22 }Ver[maxn];
 23 
 24 void Init()  //建立图的邻接表需要先初始化,建立顶点结点
 25 {
 26     for(int i = 1; i <= n; i++)
 27     {
 28         Ver[i].vex = i;
 29         Ver[i].firarc = NULL;
 30     }
 31 }
 32 
 33 void Insert(int a, int b, int w)  //尾插法,插入以a为起点,b为终点,权为w的边,效率不如头插,但是可以去重边
 34 {
 35     arcnode * q = new arcnode(b, w);
 36     if(Ver[a].firarc == NULL)
 37         Ver[a].firarc = q;
 38     else
 39     {
 40         arcnode * p = Ver[a].firarc;
 41         if(p->vertex == b)  //如果不要去重边,去掉这一段
 42         {
 43             if(p->weight < w)
 44                 p->weight = w;
 45             return ;
 46         }
 47         while(p->next != NULL)
 48         {
 49             if(p->next->vertex == b)    //如果不要去重边,去掉这一段
 50             {
 51                 if(p->next->weight < w);
 52                     p->next->weight = w;
 53                 return ;
 54             }
 55             p = p->next;
 56         }
 57         p->next = q;
 58     }
 59 }
 60 void Insert2(int a, int b, int w)   //头插法,效率更高,但不能去重边
 61 {
 62     arcnode * q = new arcnode(b, w);
 63     if(Ver[a].firarc == NULL)
 64         Ver[a].firarc = q;
 65     else
 66     {
 67         arcnode * p = Ver[a].firarc;
 68         q->next = p;
 69         Ver[a].firarc = q;
 70     }
 71 }
 72 
 73 void Insert(int a, int b)   //尾插法,插入以a为起点,b为终点,无权的边,效率不如头插,但是可以去重边
 74 {
 75     arcnode * q = new arcnode(b);
 76     if(Ver[a].firarc == NULL)
 77         Ver[a].firarc = q;
 78     else
 79     {
 80         arcnode * p = Ver[a].firarc;
 81         if(p->vertex == b) return;      //去重边,如果不要去重边,去掉这一句
 82         while(p->next != NULL)
 83         {
 84             if(p->next->vertex == b)    //去重边,如果不要去重边,去掉这一句
 85                 return;
 86             p = p->next;
 87         }
 88         p->next = q;
 89     }
 90 }
 91 void Insert2(int a, int b)   //头插法,效率跟高,但不能去重边
 92 {
 93     arcnode * q = new arcnode(b);
 94     if(Ver[a].firarc == NULL)
 95         Ver[a].firarc = q;
 96     else
 97     {
 98         arcnode * p = Ver[a].firarc;
 99         q->next = p;
100         Ver[a].firarc = q;
101     }
102 }
103 void Delete(int a, int b)   //删除以a为起点,b为终点的边
104 {
105     arcnode * p = Ver[a].firarc;
106     if(p->vertex == b)
107     {
108         Ver[a].firarc = p->next;
109         delete p;
110         return ;
111     }
112     while(p->next != NULL)
113         if(p->next->vertex == b)
114         {
115             p->next = p->next->next;
116             delete p->next;
117             return ;
118         }
119 }
120 
121 void Show()     //打印图的邻接表(有权值)
122 {
123     for(int i = 1; i <= n; i++)
124     {
125         cout << Ver[i].vex;
126         arcnode * p = Ver[i].firarc;
127         while(p != NULL)
128         {
129             cout << "->(" << p->vertex << "," << p->weight << ")";
130             p = p->next;
131         }
132         cout << "->NULL" << endl;
133     }
134 }
135 
136 void Show2()     //打印图的邻接表(无权值)
137 {
138     for(int i = 1; i <= n; i++)
139     {
140         cout << Ver[i].vex;
141         arcnode * p = Ver[i].firarc;
142         while(p != NULL)
143         {
144             cout << "->" << p->vertex;
145             p = p->next;
146         }
147         cout << "->NULL" << endl;
148     }
149 }
150 int main()
151 {
152     int a, b, w;
153     cout << "Enter n and m:";
154     cin >> n >> m;
155     Init();
156     while(m--)
157     {
158         cin >> a >> b >> w;       //输入起点、终点
159         Insert(a, b, w);        //插入操作
160         Insert(b, a, w);        //如果是无向图还需要反向插入
161     }
162     Show();
163     return 0;
164 }
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  邻接表表示法也有潜在的不足之处,即如果要确定图中边(u,v)是否存在,只能在顶点u邻接表Adj[u]中搜索v,除此之外没有其他更快的办法。这一不足可通过图的邻接矩阵表示法来弥补,但要(在渐进意义下)以占用更多的存储空间为代价。

  在图G=(V,E)的临界矩阵表示法中,假定各顶点按某种任意的方式编号为1,2,···,|V|,那么G的邻接矩阵为一个|V|*|V|的矩阵A=(a[i][j]),它满足:

  观察无向图的邻接矩阵会发现,它是沿主对角线对称的。在一个无向图中,(u,v)和(v,u)表示同一条边,故无向图的邻接矩阵A的转置矩阵就是它本真。在某些应用中,可以只存储邻接矩阵的对角线以及对角线以上的部分,这样一来,图所占用的存储空间几乎可以减少一半。

  邻接矩阵也可以用来表示加权图。例如,如果G=<V,E>是一个加权图,其权值函数为w,对于边(u,v)∈E,其权值w(u,v)就可以简单地存储在邻接矩阵的第u行第v列的元素中。如果边不存在,则可以在矩阵的相应元素中存一个NIL值,在很多问题中,对这样的元素赋0或∞会更为方便些。

邻接矩阵C++实现:

 1 #include <iostream>
 2 #include <cstdio>
 3 using namespace std;
 4 
 5 #define maxn 100
 6 #define INF 1xffffff    //预定于的最大值
 7 int n, m;   //顶点数、边数
 8 int g[maxn][maxn];      //邻接矩阵表示
 9 
10 void Init()
11 {
12     for(int i = 1; i <= n; i++)
13         for(int j = 1; j <= n; j++)
14         g[i][j] = 0;    //讲所有顶点度数置零,若为带权图,则置为INF
15 }
16 void Show() //打印邻接矩阵
17 {
18     for(int i = 1; i <= n; i++)
19     {
20         for(int j = 1; j <= n; j++)
21             cout << g[i][j] << " ";
22         cout << endl;
23     }
24 }
25 int main()
26 {
27     int a, b;
28     cout << "Enter n and m:";
29     cin >> n >> m;
30     while(m--)
31     {
32         cin >> a >> b;  //输入为边的始点、终点,若有权,还需输入权w
33         g[a][b] = 1;    //a、b间存在边,将g[a][b]置1,若有权,则将其置为权值
34         g[b][a] = 1;    //对于无向图,还要插入边(b,a)
35     }
36     Show();
37     return 0;
38 }
View Code

(文章以及相关代码参考算法导论编写)

posted @ 2014-04-30 14:50  Sign_  阅读(23576)  评论(0编辑  收藏  举报