一个简单的有向图Java实现

最近看了点有向图的内容,参考开源项目做了一个简单版本,直接贴代码。

 

/**
 * 有向图接口,定义需要实现的各个方法,可以选择使用邻接矩阵或者邻接链表来实现
 * @param <V> V代表端点,可以根据需要设置器数据类型
 */
public interface DGraph<V> {
    
    /**深度优先遍历*/
    public static final int ITERATOR_TYPE_DFS = 0;
    /**广度优先遍历*/
    public static final int ITERATOR_TYPE_BFS = 0;
    
    /**
     * 添加一个端点
     * @param v
     * @return 新增端点的编号,-1表示插入失败
     */
    public int add(V v);
    
    /**
     * 添加一个边
     * @param e
     */
    public void add(Edge<V> e);
    
    /**
     * 删除一个顶点,与其相连的边也会被删除
     * @param v
     * @return 被删除的顶点,如果找不到对应顶点则返回null
     */
    public V remove(V v);
    
    /**
     * 删除一条边
     * @param e
     * @return 被删除的边,如果找不到对应的边则返回null
     */
    public Edge<V> remove(Edge<V> e);
    
    /**
     * 获得一个顶点
     * @param index 顶点的编号
     * @return
     */
    public V get(int index);
    
    /**
     * 获得一条边
     * @param src 起点的编号
     * @param dest 终点的编号
     * @return
     */
    public Edge<V> get(int src, int dest);
    
    /**
     * 得到当前图的迭代器,用于对图进行遍历
     * @param type 遍历类型,深度优先或者广度优先
     * @param root 从哪个点开始遍历
     * @return
     */
    public Iterator<V> iterator(int type, V root);
    
    /**
     * 将图转换为无环图
     */
    public void convertDAG();
}

 

/**
 * 一条边,可以根据需要继承此类
 * @param <V>
 */
public class Edge<V> {
    /**起点*/
    private V src;
    /**终点*/
    private V dest;
    /**权值*/
    private double weight;
    
    /**
     * 不带权值的一条边
     * @param src
     * @param dest
     */
    public Edge(V src, V dest) {
        this(src, dest, 0);
    }
    
    /**
     * 带权值的一条边
     * @param src
     * @param dest
     * @param weight
     */
    public Edge(V src, V dest, double weight) {
        this.src = src;
        this.dest = dest;
        this.weight = weight;
    }
    
    /**
     * 获取起点
     * @return
     */
    public V getSource() {
        return this.src;
    }
    
    /**
     * 获取终点
     * @return
     */
    public V getDest() {
        return this.dest;
    }
    
    /**
     * 获取权值
     * @return
     */
    public double getWeight() {
        return this.weight;
    }
    
    @Override
    public String toString() {
        String ret = String.format("src : %s , dest : %s , weight : %s", src, dest, weight);
        return ret;
    }
}

 

/**
 * 邻接链表(Adjacency List)实现的有向图
 * @param <V>
 */
public class ListDGraph<V> implements DGraph<V>{

    /**
     * 顶点对象,其中有对应的顶点以及从以此顶点为起点的边
     */
    private class VE {
        /**此顶点*/
        private V v;
        /**以此顶点为起点的边的集合,是一个列表,列表的每一项是一条边*/
        private List<Edge<V>> mEdgeList;
        
        /**
         * 构造一个新的顶点对象
         * @param v
         */
        public VE(V v) {
            this.v = v;
            this.mEdgeList = new LinkedList<Edge<V>>();
            Utils.log("VE construct : %s", v);
        }
        
        @Override
        public String toString() {
            String ret = String.format("v : %s , list len : %s",
                                       v, mEdgeList.size());
            return ret;
        }
        
        /**
         * 将一条边添加到边集合中
         * @param e
         */
        public void addEdge(Edge<V> e) {
            Utils.log("add edge : %s", e);
            if(getEdge(e.getDest()) == null) {
                mEdgeList.add(e);
            } else {
                Utils.log("edge exist : %s", e);
            }
        }
        
        /**
         * 读取某条边
         * @param dest
         * @return
         */
        public Edge<V> getEdge(V dest) {
            Edge<V> ret = null;
            if(dest != null) {
                for(Edge<V> edge : mEdgeList) {
                    if(edge.getDest() != null &&
                       dest.equals(edge.getDest())) {
                        Utils.log("get edge : %s", edge);
                        ret = edge;
                        break;
                    }
                }
            }
            return ret;
        }
        
        /**
         * 读取某条边
         * @param dest
         * @return
         */
        public Edge<V> removeEdge(V dest) {
            Edge<V> ret = null;
            if(dest != null) {
                for(Edge<V> edge : mEdgeList) {
                    if(edge.getDest() != null &&
                       dest.equals(edge.getDest())) {
                        Utils.log("remove edge : %s", edge);
                        ret = edge;
                        mEdgeList.remove(edge);
                        break;
                    }
                }
            }
            return ret;
        }
    }
    

    /**
     * 广度优先的迭代器
     */
    private class BFSIterator implements Iterator<V> {
        /**已访问过的顶点列表*/
        private List<V> mVisitList = null;
        /**待访问的顶点队列*/
        private Queue<V> mVQueue = null;
        
        /**
         * 构造广度优先迭代器
         * @param dg
         * @param root
         */
        public BFSIterator(V root) {
            mVisitList = new LinkedList<V>();
            mVQueue = new LinkedList<V>();
            
            //将初始节点入队列
            mVQueue.offer(root);
        }
        
        @Override
        public boolean hasNext() {
            Utils.log("queue size : " + mVQueue.size());
            if(mVQueue.size() > 0) {
                return true;
            } else {
                return false;
            }
        }

        @Override
        public V next() {
            //1.取队列元素
            V v = mVQueue.poll();
            
            if(v != null) {
                //2.将此元素的邻接边中对应顶点入队列,这些顶点需要符合以下条件:
                //1)没访问过;
                //2)不在队列中;
                VE ve = getVE(v);
                if(ve != null) {
                    List<Edge<V>> list = ve.mEdgeList;
                    for(Edge<V> edge : list) {
                        V dest = edge.getDest();
                        if(!VinList(dest, mVisitList.iterator()) &&
                           !VinList(dest, mVQueue.iterator())) {
                            mVQueue.offer(dest);
                            Utils.log("add to queue : " + dest);
                        }
                    }
                }
                
                //3.将此顶点添加到已访问过的顶点列表中
                mVisitList.add(v);
            }
            
            //4.返回出队列的元素
            return v;
        }

        @Override
        public void remove() {
            // 暂时不实现
        }
        
    }
    
    /**顶点列表,由于会经常进行插入删除,使用链表队列*/
    private LinkedList<VE> mVEList;
    
    /**
     * 构造邻接链表有向图
     */
    public ListDGraph() {
        mVEList = new LinkedList<VE>();
        Utils.log("ListDGraph construct!");
    }
    
    @Override
    public int add(V v) {
        int index = -1;
        if(v != null) {
            Utils.log("add v: %s", v);
            VE list = new VE(v);
            mVEList.add(list);
            index = mVEList.indexOf(list);
        }
        return index;
    }

    @Override
    public void add(Edge<V> e) {
        if(e != null) {
            Utils.log("add edge: %s", e);
            VE ve = getVE(e.getSource());
            if(ve != null) {
                //若边的起点已经在列表里,则直接将其添加到对应的顶点对象中
                ve.addEdge(e);
            } else {
                //否则提示错误
                Utils.log("Error, can't find v : %s", e.getSource());
            }
        }
    }
    
    @Override
    public V remove(V v) {
        V ret = null;
        
        VE ve = removeVE(v);
        if(ve != null) {
            ret = ve.v;
        }
        
        removeRelateEdge(v);
        
        return ret;
    }

    @Override
    public Edge<V> remove(Edge<V> e) {
        Edge<V> ret = null;
        
        if(e != null) {
            VE ve = getVE(e.getSource());
            if(ve != null) {
                ret = ve.removeEdge(e.getDest());
            }
        }
        
        return ret;
    }

    @Override
    public V get(int index) {
        V ret = null;
        if(index >=0 && index < mVEList.size()) {
            VE ve = mVEList.get(index);
            if(ve != null) {
                ret = ve.v;
                Utils.log("get , index : %s , v : %s", index, ret);
            }
        }
        return ret;
    }

    @Override
    public Edge<V> get(int src, int dest) {
        Edge<V> ret = null;
        V s = get(src);
        V d = get(dest);
        if(s != null && d != null) {
            VE ve = getVE(s);
            if(ve != null) {
                ret = ve.getEdge(d);
            }
        }
        return ret;
    }

    @Override
    public Iterator<V> iterator(int type, V root) {
        Iterator<V> ret = null;
        if(type == ITERATOR_TYPE_BFS) {
            //广度优先的迭代器
            ret = new BFSIterator(root);
        } else if(type == ITERATOR_TYPE_DFS){
            //深度优先的迭代器,暂时未实现
        } else {
            //...
        }
        return ret;
    }

    @Override
    public void convertDAG() {
        // TODO Auto-generated method stub
        
    }

    //////////////////////////////私有方法//////////////////////////////
    /**
     * 从顶点对象列表中读取输入顶点对应的对象
     * @param v
     * @return
     */
    private VE getVE(V v) {
        VE ret = null;
        if(v != null) {
            for(VE ve : mVEList) {
                if(ve.v != null && v.equals(ve.v)) {
                    Utils.log("getVE : %s", ve);
                    ret = ve;
                    break;
                }
            }
        }
        return ret;
    }
    
    /**
     * 从顶点对象列表中删除输入顶点对应的对象
     * @param v
     * @return 删除的顶点对象
     */
    private VE removeVE(V v) {
        VE ret = null;
        if(v != null) {
            for(VE ve : mVEList) {
                if(ve.v != null && v.equals(ve.v)) {
                    Utils.log("removeVE : %s", v);
                    ret = ve;
                    mVEList.remove(ve);
                    break;
                }
            }
        }
        return ret;
    }
    
    /**
     * 删除以某个点作为重点的边
     * @param v
     */
    private void removeRelateEdge(V v) {
        if(v != null) {
            for(VE ve : mVEList) {
                ve.removeEdge(v);
            }
        }
    }
    
    /**
     * 判断某个端点是否在某个列表里
     * @param v
     * @param it
     * @return
     */
    private boolean VinList(V v, Iterator<V> it) {
        boolean ret = false;
        
        if(v != null && it != null) {
            while(it.hasNext()) {
                V v_temp = it.next();
                if(v_temp != null && v_temp.equals(v)) {
                    ret = true;
                    break;
                }
            }
        }
        
        return ret;
    }
}

 

/**
 * 一些工具类
 */
public class Utils {
    /**
     * 打印信息
     * @param t
     */
    public static void log(Object t) {
        System.out.println(t);
    }
    
    /**
     * 打印信息
     * @param t
     */
    public static void log(String format, Object... args) {
        String str = String.format(format, args);
        System.out.println(str);
    }
}

 

使用方法示例:

public class ListDGraphTest {

    DGraph<String> mDG = new ListDGraph<String>();
    
    @Before
    public void setUp() throws Exception {
    }

    @After
    public void tearDown() throws Exception {
    }

    @Test
    public void testAll() {
        Utils.log("===============add v=================");
        
        mDG.add("1");
        mDG.add("2");
        mDG.add("3");
        mDG.add("4");
        mDG.add("5");
        mDG.add("6");
        mDG.add("7");
        mDG.add("8");

        Utils.log("===============add edge=================");
        
        mDG.add(new Edge<String>("1", "2"));
        mDG.add(new Edge<String>("1", "3"));
        mDG.add(new Edge<String>("2", "4"));
        mDG.add(new Edge<String>("2", "5"));
        mDG.add(new Edge<String>("3", "6"));
        mDG.add(new Edge<String>("3", "7"));
        mDG.add(new Edge<String>("4", "8"));
        mDG.add(new Edge<String>("8", "5"));
        mDG.add(new Edge<String>("6", "7"));
        
        Utils.log("===============test travelling=================");
        
        Iterator<String> it = mDG.iterator(DGraph.ITERATOR_TYPE_BFS, "1");
        while(it.hasNext()) {
            String s = it.next();
            Utils.log("next : %s", s);
        }
        
        Utils.log("===============test travelling2=================");
        
        it = mDG.iterator(DGraph.ITERATOR_TYPE_BFS, "2");
        while(it.hasNext()) {
            String s = it.next();
            Utils.log("next : %s", s);
        }
        
        Utils.log("===============test others=================");
        
        mDG.get(0);
        
        mDG.get(0, 1);
        
        mDG.remove("6");
        
        mDG.remove(new Edge<String>("3", "7"));
    }
}

 

 

posted @ 2013-11-21 21:26  alexcai  阅读(8919)  评论(2编辑  收藏