图论初步

通过上网课的方式,我今天了解了什么是图论,以及图论在c++中的应用方式和代码构成。

我们可以用数组的方式存储图像,如二维数组a【5】【5】;

        1      2      3      4

1      0      1      1     -1

2      1      0     -1     1 

3      1     -1     0     -1

4     -1      1     -1     0

可以表示图

 

 这类似于一个表格。

从左到右第一行表示点1到点2、3、4的距离(我们假设距离为1)。如果在图中无法到达(例如点1到点4)我们用-1或者正无穷表示。

向下以此类推。

另外,我们把图分为有向图和无向图;

上面的图就是无向图(点的连接中没有方向性)

有向图就是点的连接会有一定的方向性。

例如1——>2;

这个简单的图就是有向图,路径只能从点1到点2,而不能从点2到点1。

遍历

既然有了图和点之间的方向,我们会想到从一个点如何走才能走到每一个其它点呢?

这就涉及到图的遍历。

当我们一次就走完整张图,且不重复经过任意路径时,我们说这个图中存在“欧拉路”,如果我们此时回到了出发点,我们就把我们走过的路径叫“欧拉回路”。

也就是“一笔画”

利用图的遍历我们可以解决一些“一笔画”问题。

比如著名的七桥问题

有一个叫做哥尼斯堡的小镇,考虑到“哥尼斯堡”这个名字不好记,下文我们就称之为G镇。G镇的居民很爱锻炼身体,过着日出而作日落而息的生活,而他们睡前都喜欢到公园里遛弯消食。但是,G镇的居民不是只会享受生活的一群人,他们还热爱思考数学问题。
有一天,一个孩子提出了一个问题:
 "我们的公园里有一条河,河上有两个小岛,在两岸小岛之间一共建造了7座桥,如果我想走过所有的桥然后回到我出发的地方应该怎么走呢?”
听到这个问题,整个G镇的居民都陷入了沉思,有的还晚上不睡觉,一遍一遍的在桥上走来走去,但是没有找到答案。
相信有好奇的读者肯定曾经自己也在纸上画过很多遍,但是都没有找到答案。
本来这个问题委实不会影响到G镇居民的生活,毕竟这并不影响到他们的生活。幸运的是,据说,刚好有一位很厉害的数学家刚好就暂住在G镇,这个孩子的问题引起了数学家的注意。
(这段是网上抄下来的,如有侵权,立刻删除)

我们可以把这个问题简化一下

有一个简单图,有4个顶点,7条边,问:能否遍历所有的边最后回到起点且不会重复经过同一条边。

经欧拉证明,这是不可能的。

但是如何用计算机算一下呢

以下是代码(also是抄的,如有侵权,立刻删除)

/**
 *Author:Yuanhonglong
 *Date:2013-12-16
 *1948281915
 */
package mine.algorithm.graph;
 
import java.util.Vector;
 
class Land{
    public static int[][] g;
    //为四块陆地定义变量order,以示区别
    public int order;
    public Land(int Order){
        this.order=Order;
    }
    //定义方法go,每走一步则将两块陆地间的一座桥去除
    public void go(Land x){
        g[this.order][x.order]-=1;
        g[x.order][this.order]-=1;
    }
}
 
public class Bridge extends Land{
    /*
     * 用图论解决古老的7桥问题
     */
 
    public Bridge(int Order) {
        super(Order);
    }
    public static Vector<Land> l=new Vector<Land>();
    public static int Result=0,turn;
    public static void main(String[] args) {
        //抽象出四块陆地
        Land land1=new Land(0);
        Land land2=new Land(1);
        Land land3=new Land(2);
        Land land4=new Land(3);
        //为方便管理,将陆地加入到向量l中
        l.add(land1);
        l.add(land2);
        l.add(land3);
        l.add(land4);
        int n=l.size();
        /*
         * 将四块陆地间的联系-桥抽象出来
         */
        g=new int[n][n];
        for(int i=0;i<n;i++){
            for(int j=0;j<n;j++){
                g[i][j]=0;
            }
        }
        /*
         * 如果第i到第j块陆地有m座桥
         * 则g[i][j]=m;
         */
        g[0][1]=1;
        g[0][2]=1;
        g[0][3]=1;
        g[1][0]=1;
        g[1][2]=2;
        g[1][3]=2;
        g[2][0]=1;
        g[2][1]=2;
        g[3][0]=1;
        g[3][1]=2;
        System.out.println("各陆地之间的桥的数量:");
        System.out.println("   A B C D");
        for(int i=0;i<n;i++){
            if(i==0){
                System.out.print("A ");
            }
            if(i==1){
                System.out.print("B ");
            }
            if(i==2){
                System.out.print("C ");
            }
            if(i==3){
                System.out.print("D ");
            }
            for(int j=0;j<n;j++){
                System.out.print(g[i][j]+"  ");
            }
            System.out.println();
        }
        //N用来记录有几种成功的可能
        int N=0;
        //All用来记录一共尝试了几次
        int All=0;
        //以下是通过嵌套循环实现遍历
        for(int begin=0;begin<n;begin++){
            //由于可以从不同的桥开始,所有用begin代表从哪一座桥开始
            //一共有7座桥,所以内部一共嵌套了7层循环,每层循环代表一步
            for(int a=0;a<n;a++){
                if(begin!=a&&g[begin][a]>0){
                    l.get(begin).go(l.get(a));
                    for(int b=0;b<n;b++){
                        if(a!=b&&g[a][b]>0){
                            l.get(a).go(l.get(b));
                            for(int c=0;c<n;c++){
                                if(b!=c&&g[b][c]>0){
                                    l.get(b).go(l.get(c));
                                    for(int d=0;d<n;d++){
                                        if(c!=d&&g[c][d]>0){
                                            l.get(c).go(l.get(d));
                                            for(int e=0;e<n;e++){
                                                if(d!=e&&g[d][e]>0){
                                                    l.get(d).go(l.get(e));
                                                    for(int f=0;f<n;f++){
                                                        if(e!=f&&g[e][f]>0){
                                                            l.get(e).go(l.get(f));
                                                            for(int g1=0;g1<n;g1++){
                                                                if(f!=g1&&g[f][g1]>0){
                                                                    l.get(f).go(l.get(g1));
                                                                    //如果7步走完,则N加1,代表一次成功的尝试
                                                                    N+=1;
                                                                    g[f][g1]+=1;
                                                                    g[g1][f]+=1;
                                                                    //不管成功或失败,All都要加1
                                                                    All++;
                                                                }
                                                            }
                                                            g[e][f]+=1;
                                                            g[f][e]+=1;
                                                            All++;
                                                        }
                                                    }
                                                    g[d][e]+=1;
                                                    g[e][d]+=1;
                                                    All++;
                                                }
                                            }
                                            g[c][d]+=1;
                                            g[d][c]+=1;
                                            All++;
                                        }
                                    }
                                    g[b][c]+=1;
                                    g[c][b]+=1;
                                    All++;
                                }
                            }
                            g[a][b]+=1;
                            g[b][a]+=1;
                            All++;
                        }
                    }
                    g[begin][a]+=1;
                    g[a][begin]+=1;
                    All++;
                }
            }
            //输出结果
            System.out.println("从第"+begin+"块陆地开始,一共进行了"+All+"次尝试共有"+N+"种方法可以完成。");
            //N与All归零,换另一块陆地开始
            N=0;
            All=0;
        }
         
    }  
         
}    
说实话这个代码我没看懂,但是它确实解决了七桥问题。
图论这个东西很高端,基础我还没弄明白。所以就不和大家装X了,今天发文只是和大家分享一下学习经历。
以后我还要努力把这个东西弄会的。   
posted @ 2020-01-29 21:12  ZTer  阅读(157)  评论(0编辑  收藏  举报