数据结构之图的实现

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2022-09-22 01:28 161阅读 0赞

**本文主要包括以下内容**

1.  邻接矩阵实现无向图
2.  邻接表实现无向图
3.  邻接矩阵实现有向图
4.  邻接表实现有向图

**图的理论基础，请参考：**[图的理论基础 - 如果天空不死 - 博客园][- _ -]

### 邻接矩阵实现无向图 ###

MatrixUDG是邻接矩阵对应的结构体。  
mVexs用于保存顶点，mVexNum是顶点数，mEdgNum是边数；mMatrix则是用于保存矩阵信息的二维数组。例如，mMatrix\[i\]\[j\]=1，则表示”顶点i(即mVexs\[i\])”和”顶点j(即mVexs\[j\])”是邻接点；mMatrix\[i\]\[j\]=0，则表示它们不是邻接点。

/**
     * C++: 邻接矩阵表示的"无向图(List Undirected Graph)"
     *
     * @author skywang
     * @date 2014/04/19
     */
    
    #include <iomanip>
    #include <iostream>
    #include <vector>
    using namespace std;
    
    #define MAX 100
    class MatrixUDG {
        private:
            char mVexs[MAX];    // 顶点集合
            int mVexNum;             // 顶点数
            int mEdgNum;             // 边数
            int mMatrix[MAX][MAX];   // 邻接矩阵
    
        public:
            // 创建图(自己输入数据)
            MatrixUDG();
            // 创建图(用已提供的矩阵)
            MatrixUDG(char vexs[], int vlen, char edges[][2], int elen);
            ~MatrixUDG();
    
            // 打印矩阵队列图
            void print();
    
        private:
            // 读取一个输入字符
            char readChar();
            // 返回ch在mMatrix矩阵中的位置
            int getPosition(char ch);
    };
    
    /* 
     * 创建图(自己输入数据)
     */
    MatrixUDG::MatrixUDG()
    {
        char c1, c2;
        int i, p1, p2;
    
        // 输入"顶点数"和"边数"
        cout << "input vertex number: ";
        cin >> mVexNum;
        cout << "input edge number: ";
        cin >> mEdgNum;
        if ( mVexNum < 1 || mEdgNum < 1 || (mEdgNum > (mVexNum * (mVexNum-1))))
        {
            cout << "input error: invalid parameters!" << endl;
            return ;
        }
    
        // 初始化"顶点"
        for (i = 0; i < mVexNum; i++)
        {
            cout << "vertex(" << i << "): ";
            mVexs[i] = readChar();
        }
    
        // 初始化"边"
        for (i = 0; i < mEdgNum; i++)
        {
            // 读取边的起始顶点和结束顶点
            cout << "edge(" << i << "): ";
            c1 = readChar();
            c2 = readChar();
    
            p1 = getPosition(c1);
            p2 = getPosition(c2);
            if (p1==-1 || p2==-1)
            {
                cout << "input error: invalid edge!" << endl;
                return ;
            }
    
            mMatrix[p1][p2] = 1;
            mMatrix[p2][p1] = 1;
        }
    }
    
    /*
     * 创建图(用已提供的矩阵)
     *
     * 参数说明：
     *     vexs  -- 顶点数组
     *     vlen  -- 顶点数组的长度
     *     edges -- 边数组
     *     elen  -- 边数组的长度
     */
    MatrixUDG::MatrixUDG(char vexs[], int vlen, char edges[][2], int elen)
    {
        int i, p1, p2;
    
        // 初始化"顶点数"和"边数"
        mVexNum = vlen;
        mEdgNum = elen;
        // 初始化"顶点"
        for (i = 0; i < mVexNum; i++)
            mVexs[i] = vexs[i];
    
        // 初始化"边"
        for (i = 0; i < mEdgNum; i++)
        {
            // 读取边的起始顶点和结束顶点
            p1 = getPosition(edges[i][0]);
            p2 = getPosition(edges[i][1]);
    
            mMatrix[p1][p2] = 1;
            mMatrix[p2][p1] = 1;
        }
    }
    
    /* 
     * 析构函数
     */
    MatrixUDG::~MatrixUDG() 
    {
    }
    
    /*
     * 返回ch在mMatrix矩阵中的位置
     */
    int MatrixUDG::getPosition(char ch)
    {
        int i;
        for(i=0; i<mVexNum; i++)
            if(mVexs[i]==ch)
                return i;
        return -1;
    }
    
    /*
     * 读取一个输入字符
     */
    char MatrixUDG::readChar()
    {
        char ch;
    
        do {
            cin >> ch;
        } while(!((ch>='a'&&ch<='z') || (ch>='A'&&ch<='Z')));
    
        return ch;
    }
    
    /*
     * 打印矩阵队列图
     */
    void MatrixUDG::print()
    {
        int i,j;
    
        cout << "Martix Graph:" << endl;
        for (i = 0; i < mVexNum; i++)
        {
            for (j = 0; j < mVexNum; j++)
                cout << mMatrix[i][j] << " ";
            cout << endl;
        }
    }
    
    int main()
    {
        char vexs[] = {
       'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G'};
        char edges[][2] = {
            {
       'A', 'C'}, 
            {
       'A', 'D'}, 
            {
       'A', 'F'}, 
            {
       'B', 'C'}, 
            {
       'C', 'D'}, 
            {
       'E', 'G'}, 
            {
       'F', 'G'}};
        int vlen = sizeof(vexs)/sizeof(vexs[0]);
        int elen = sizeof(edges)/sizeof(edges[0]);
        MatrixUDG* pG;
    
        // 自定义"图"(输入矩阵队列)
        //pG = new MatrixUDG();
        // 采用已有的"图"
        pG = new MatrixUDG(vexs, vlen, edges, elen);
    
        pG->print();   // 打印图
    
        return 0;
    }

### 邻接表实现无向图 ###

(01) ListUDG是邻接表对应的结构体。  
mVexNum是顶点数，mEdgNum是边数；mVexs则是保存顶点信息的一维数组。

(02) VNode是邻接表顶点对应的结构体。  
data是顶点所包含的数据，而firstEdge是该顶点所包含链表的表头指针。

(03) ENode是邻接表顶点所包含的链表的节点对应的结构体。  
ivex是该节点所对应的顶点在vexs中的索引，而nextEdge是指向下一个节点的

/**
     * C++: 邻接表表示的"无向图(List Undirected Graph)"
     *
     * @author skywang
     * @date 2014/04/19
     */
    
    #include <iomanip>
    #include <iostream>
    #include <vector>
    using namespace std;
    
    #define MAX 100
    // 邻接表
    class ListUDG
    {
        private: // 内部类
            // 邻接表中表对应的链表的顶点
            class ENode
            {
                public:
                    int ivex;           // 该边所指向的顶点的位置
                    ENode *nextEdge;    // 指向下一条弧的指针
            };
    
            // 邻接表中表的顶点
            class VNode
            {
                public:
                    char data;          // 顶点信息
                    ENode *firstEdge;   // 指向第一条依附该顶点的弧
            };
    
        private: // 私有成员
            int mVexNum;             // 图的顶点的数目
            int mEdgNum;             // 图的边的数目
            VNode mVexs[MAX];
    
        public:
            // 创建邻接表对应的图(自己输入)
            ListUDG();
            // 创建邻接表对应的图(用已提供的数据)
            ListUDG(char vexs[], int vlen, char edges[][2], int elen);
            ~ListUDG();
    
            // 打印邻接表图
            void print();
    
        private:
            // 读取一个输入字符
            char readChar();
            // 返回ch的位置
            int getPosition(char ch);
            // 将node节点链接到list的最后
            void linkLast(ENode *list, ENode *node);
    };
    
    /*
     * 创建邻接表对应的图(自己输入)
     */
    ListUDG::ListUDG()
    {
        char c1, c2;
        int v, e;
        int i, p1, p2;
        ENode *node1, *node2;
    
        // 输入"顶点数"和"边数"
        cout << "input vertex number: ";
        cin >> mVexNum;
        cout << "input edge number: ";
        cin >> mEdgNum;
        if ( mVexNum < 1 || mEdgNum < 1 || (mEdgNum > (mVexNum * (mVexNum-1))))
        {
            cout << "input error: invalid parameters!" << endl;
            return ;
        }
    
        // 初始化"邻接表"的顶点
        for(i=0; i<mVexNum; i++)
        {
            cout << "vertex(" << i << "): ";
            mVexs[i].data = readChar();
            mVexs[i].firstEdge = NULL;
        }
    
        // 初始化"邻接表"的边
        for(i=0; i<mEdgNum; i++)
        {
            // 读取边的起始顶点和结束顶点
            cout << "edge(" << i << "): ";
            c1 = readChar();
            c2 = readChar();
    
            p1 = getPosition(c1);
            p2 = getPosition(c2);
            // 初始化node1
            node1 = new ENode();
            node1->ivex = p2;
            // 将node1链接到"p1所在链表的末尾"
            if(mVexs[p1].firstEdge == NULL)
              mVexs[p1].firstEdge = node1;
            else
                linkLast(mVexs[p1].firstEdge, node1);
            // 初始化node2
            node2 = new ENode();
            node2->ivex = p1;
            // 将node2链接到"p2所在链表的末尾"
            if(mVexs[p2].firstEdge == NULL)
              mVexs[p2].firstEdge = node2;
            else
                linkLast(mVexs[p2].firstEdge, node2);
        }
    }
    
    /*
     * 创建邻接表对应的图(用已提供的数据)
     */
    ListUDG::ListUDG(char vexs[], int vlen, char edges[][2], int elen)
    {
        char c1, c2;
        int i, p1, p2;
        ENode *node1, *node2;
    
        // 初始化"顶点数"和"边数"
        mVexNum = vlen;
        mEdgNum = elen;
        // 初始化"邻接表"的顶点
        for(i=0; i<mVexNum; i++)
        {
            mVexs[i].data = vexs[i];
            mVexs[i].firstEdge = NULL;
        }
    
        // 初始化"邻接表"的边
        for(i=0; i<mEdgNum; i++)
        {
            // 读取边的起始顶点和结束顶点
            c1 = edges[i][0];
            c2 = edges[i][1];
    
            p1 = getPosition(c1);
            p2 = getPosition(c2);
            // 初始化node1
            node1 = new ENode();
            node1->ivex = p2;
            // 将node1链接到"p1所在链表的末尾"
            if(mVexs[p1].firstEdge == NULL)
              mVexs[p1].firstEdge = node1;
            else
                linkLast(mVexs[p1].firstEdge, node1);
            // 初始化node2
            node2 = new ENode();
            node2->ivex = p1;
            // 将node2链接到"p2所在链表的末尾"
            if(mVexs[p2].firstEdge == NULL)
              mVexs[p2].firstEdge = node2;
            else
                linkLast(mVexs[p2].firstEdge, node2);
        }
    }
    
    /* 
     * 析构函数
     */
    ListUDG::~ListUDG() 
    {
    }
    
    /*
     * 将node节点链接到list的最后
     */
    void ListUDG::linkLast(ENode *list, ENode *node)
    {
        ENode *p = list;
    
        while(p->nextEdge)
            p = p->nextEdge;
        p->nextEdge = node;
    }
    
    /*
     * 返回ch的位置
     */
    int ListUDG::getPosition(char ch)
    {
        int i;
        for(i=0; i<mVexNum; i++)
            if(mVexs[i].data==ch)
                return i;
        return -1;
    }
    
    /*
     * 读取一个输入字符
     */
    char ListUDG::readChar()
    {
        char ch;
    
        do {
            cin >> ch;
        } while(!((ch>='a'&&ch<='z') || (ch>='A'&&ch<='Z')));
    
        return ch;
    }
    
    /*
     * 打印邻接表图
     */
    void ListUDG::print()
    {
        int i,j;
        ENode *node;
    
        cout << "List Graph:" << endl;
        for (i = 0; i < mVexNum; i++)
        {
            cout << i << "(" << mVexs[i].data << "): ";
            node = mVexs[i].firstEdge;
            while (node != NULL)
            {
                cout << node->ivex << "(" << mVexs[node->ivex].data << ") ";
                node = node->nextEdge;
            }
            cout << endl;
        }
    }
    
    int main()
    {
        char vexs[] = {
       'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G'};
        char edges[][2] = {
            {
       'A', 'C'}, 
            {
       'A', 'D'}, 
            {
       'A', 'F'}, 
            {
       'B', 'C'}, 
            {
       'C', 'D'}, 
            {
       'E', 'G'}, 
            {
       'F', 'G'}};
        int vlen = sizeof(vexs)/sizeof(vexs[0]);
        int elen = sizeof(edges)/sizeof(edges[0]);
        ListUDG* pG;
    
        // 自定义"图"(输入矩阵队列)
        //pG = new ListUDG();
        // 采用已有的"图"
        pG = new ListUDG(vexs, vlen, edges, elen);
    
        pG->print();   // 打印图
    
        return 0;
    }

### 邻接矩阵实现有向图 ###

MatrixDG是邻接矩阵有向图对应的结构体。

mVexs用于保存顶点，mVexNum是顶点数，mEdgNum是边数；mMatrix则是用于保存矩阵信息的二维数组。例如，mMatrix\[i\]\[j\]=1，则表示”顶点i(即mVexs\[i\])”和”顶点j(即mVexs\[j\])”是邻接点，且顶点i是起点，顶点j是终点。

/**
     * C++: 邻接矩阵图
     *
     * @author skywang
     * @date 2014/04/19
     */
    
    #include <iomanip>
    #include <iostream>
    #include <vector>
    using namespace std;
    
    #define MAX 100
    class MatrixDG {
        private:
            char mVexs[MAX];    // 顶点集合
            int mVexNum;             // 顶点数
            int mEdgNum;             // 边数
            int mMatrix[MAX][MAX];   // 邻接矩阵
    
        public:
            // 创建图(自己输入数据)
            MatrixDG();
            // 创建图(用已提供的矩阵)
            MatrixDG(char vexs[], int vlen, char edges[][2], int elen);
            ~MatrixDG();
    
            // 打印矩阵队列图
            void print();
    
        private:
            // 读取一个输入字符
            char readChar();
            // 返回ch在mMatrix矩阵中的位置
            int getPosition(char ch);
    };
    
    /* 
     * 创建图(自己输入数据)
     */
    MatrixDG::MatrixDG()
    {
        char c1, c2;
        int i, p1, p2;
    
        // 输入"顶点数"和"边数"
        cout << "input vertex number: ";
        cin >> mVexNum;
        cout << "input edge number: ";
        cin >> mEdgNum;
        if ( mVexNum < 1 || mEdgNum < 1 || (mEdgNum > (mVexNum * (mVexNum-1))))
        {
            cout << "input error: invalid parameters!" << endl;
            return ;
        }
    
        // 初始化"顶点"
        for (i = 0; i < mVexNum; i++)
        {
            cout << "vertex(" << i << "): ";
            mVexs[i] = readChar();
        }
    
        // 初始化"边"
        for (i = 0; i < mEdgNum; i++)
        {
            // 读取边的起始顶点和结束顶点
            cout << "edge(" << i << "): ";
            c1 = readChar();
            c2 = readChar();
    
            p1 = getPosition(c1);
            p2 = getPosition(c2);
            if (p1==-1 || p2==-1)
            {
                cout << "input error: invalid edge!" << endl;
                return ;
            }
    
            mMatrix[p1][p2] = 1;
        }
    }
    
    /*
     * 创建图(用已提供的矩阵)
     *
     * 参数说明：
     *     vexs  -- 顶点数组
     *     vlen  -- 顶点数组的长度
     *     edges -- 边数组
     *     elen  -- 边数组的长度
     */
    MatrixDG::MatrixDG(char vexs[], int vlen, char edges[][2], int elen)
    {
        int i, p1, p2;
    
        // 初始化"顶点数"和"边数"
        mVexNum = vlen;
        mEdgNum = elen;
        // 初始化"顶点"
        for (i = 0; i < mVexNum; i++)
            mVexs[i] = vexs[i];
    
        // 初始化"边"
        for (i = 0; i < mEdgNum; i++)
        {
            // 读取边的起始顶点和结束顶点
            p1 = getPosition(edges[i][0]);
            p2 = getPosition(edges[i][1]);
    
            mMatrix[p1][p2] = 1;
        }
    }
    
    /* 
     * 析构函数
     */
    MatrixDG::~MatrixDG() 
    {
    }
    
    /*
     * 返回ch在mMatrix矩阵中的位置
     */
    int MatrixDG::getPosition(char ch)
    {
        int i;
        for(i=0; i<mVexNum; i++)
            if(mVexs[i]==ch)
                return i;
        return -1;
    }
    
    /*
     * 读取一个输入字符
     */
    char MatrixDG::readChar()
    {
        char ch;
    
        do {
            cin >> ch;
        } while(!((ch>='a'&&ch<='z') || (ch>='A'&&ch<='Z')));
    
        return ch;
    }
    
    /*
     * 打印矩阵队列图
     */
    void MatrixDG::print()
    {
        int i,j;
    
        cout << "Martix Graph:" << endl;
        for (i = 0; i < mVexNum; i++)
        {
            for (j = 0; j < mVexNum; j++)
                cout << mMatrix[i][j] << " ";
            cout << endl;
        }
    }
    
    int main()
    {
        char vexs[] = {
       'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G'};
        char edges[][2] = {
            {
       'A', 'B'}, 
            {
       'B', 'C'}, 
            {
       'B', 'E'}, 
            {
       'B', 'F'}, 
            {
       'C', 'E'}, 
            {
       'D', 'C'}, 
            {
       'E', 'B'}, 
            {
       'E', 'D'}, 
            {
       'F', 'G'}}; 
        int vlen = sizeof(vexs)/sizeof(vexs[0]);
        int elen = sizeof(edges)/sizeof(edges[0]);
        MatrixDG* pG;
    
        // 自定义"图"(输入矩阵队列)
        //pG = new MatrixDG();
        // 采用已有的"图"
        pG = new MatrixDG(vexs, vlen, edges, elen);
    
        pG->print();   // 打印图
    
        return 0;
    }

### 邻接表实现有向图 ###

(01) ListDG是邻接表对应的结构体。 mVexNum是顶点数，mEdgNum是边数；mVexs则是保存顶点信息的一维数组。  
(02) VNode是邻接表顶点对应的结构体。 data是顶点所包含的数据，而firstEdge是该顶点所包含链表的表头指针。  
(03) ENode是邻接表顶点所包含的链表的节点对应的结构体。 ivex是该节点所对应的顶点在vexs中的索引，而nextEdge是指向下一个节点的。

/**
     * C++: 邻接表图
     *
     * @author skywang
     * @date 2014/04/19
     */
    
    #include <iomanip>
    #include <iostream>
    #include <vector>
    using namespace std;
    
    #define MAX 100
    // 邻接表
    class ListDG
    {
        private: // 内部类
            // 邻接表中表对应的链表的顶点
            class ENode
            {
                public:
                    int ivex;           // 该边所指向的顶点的位置
                    ENode *nextEdge;    // 指向下一条弧的指针
            };
    
            // 邻接表中表的顶点
            class VNode
            {
                public:
                    char data;          // 顶点信息
                    ENode *firstEdge;   // 指向第一条依附该顶点的弧
            };
    
        private: // 私有成员
            int mVexNum;             // 图的顶点的数目
            int mEdgNum;             // 图的边的数目
            VNode mVexs[MAX];
    
        public:
            // 创建邻接表对应的图(自己输入)
            ListDG();
            // 创建邻接表对应的图(用已提供的数据)
            ListDG(char vexs[], int vlen, char edges[][2], int elen);
            ~ListDG();
    
            // 打印邻接表图
            void print();
    
        private:
            // 读取一个输入字符
            char readChar();
            // 返回ch的位置
            int getPosition(char ch);
            // 将node节点链接到list的最后
            void linkLast(ENode *list, ENode *node);
    };
    
    /*
     * 创建邻接表对应的图(自己输入)
     */
    ListDG::ListDG()
    {
        char c1, c2;
        int v, e;
        int i, p1, p2;
        ENode *node1, *node2;
    
        // 输入"顶点数"和"边数"
        cout << "input vertex number: ";
        cin >> mVexNum;
        cout << "input edge number: ";
        cin >> mEdgNum;
        if ( mVexNum < 1 || mEdgNum < 1 || (mEdgNum > (mVexNum * (mVexNum-1))))
        {
            cout << "input error: invalid parameters!" << endl;
            return ;
        }
    
        // 初始化"邻接表"的顶点
        for(i=0; i<mVexNum; i++)
        {
            cout << "vertex(" << i << "): ";
            mVexs[i].data = readChar();
            mVexs[i].firstEdge = NULL;
        }
    
        // 初始化"邻接表"的边
        for(i=0; i<mEdgNum; i++)
        {
            // 读取边的起始顶点和结束顶点
            cout << "edge(" << i << "): ";
            c1 = readChar();
            c2 = readChar();
    
            p1 = getPosition(c1);
            p2 = getPosition(c2);
            // 初始化node1
            node1 = new ENode();
            node1->ivex = p2;
            // 将node1链接到"p1所在链表的末尾"
            if(mVexs[p1].firstEdge == NULL)
              mVexs[p1].firstEdge = node1;
            else
                linkLast(mVexs[p1].firstEdge, node1);
        }
    }
    
    /*
     * 创建邻接表对应的图(用已提供的数据)
     */
    ListDG::ListDG(char vexs[], int vlen, char edges[][2], int elen)
    {
        char c1, c2;
        int i, p1, p2;
        ENode *node1, *node2;
    
        // 初始化"顶点数"和"边数"
        mVexNum = vlen;
        mEdgNum = elen;
        // 初始化"邻接表"的顶点
        for(i=0; i<mVexNum; i++)
        {
            mVexs[i].data = vexs[i];
            mVexs[i].firstEdge = NULL;
        }
    
        // 初始化"邻接表"的边
        for(i=0; i<mEdgNum; i++)
        {
            // 读取边的起始顶点和结束顶点
            c1 = edges[i][0];
            c2 = edges[i][1];
    
            p1 = getPosition(c1);
            p2 = getPosition(c2);
            // 初始化node1
            node1 = new ENode();
            node1->ivex = p2;
            // 将node1链接到"p1所在链表的末尾"
            if(mVexs[p1].firstEdge == NULL)
              mVexs[p1].firstEdge = node1;
            else
                linkLast(mVexs[p1].firstEdge, node1);
        }
    }
    
    /* 
     * 析构函数
     */
    ListDG::~ListDG() 
    {
    }
    
    /*
     * 将node节点链接到list的最后
     */
    void ListDG::linkLast(ENode *list, ENode *node)
    {
        ENode *p = list;
    
        while(p->nextEdge)
            p = p->nextEdge;
        p->nextEdge = node;
    }
    
    
    /*
     * 返回ch的位置
     */
    int ListDG::getPosition(char ch)
    {
        int i;
        for(i=0; i<mVexNum; i++)
            if(mVexs[i].data==ch)
                return i;
        return -1;
    }
    
    /*
     * 读取一个输入字符
     */
    char ListDG::readChar()
    {
        char ch;
    
        do {
            cin >> ch;
        } while(!((ch>='a'&&ch<='z') || (ch>='A'&&ch<='Z')));
    
        return ch;
    }
    
    /*
     * 打印邻接表图
     */
    void ListDG::print()
    {
        int i,j;
        ENode *node;
    
        cout << "List Graph:" << endl;
        for (i = 0; i < mVexNum; i++)
        {
            cout << i << "(" << mVexs[i].data << "): ";
            node = mVexs[i].firstEdge;
            while (node != NULL)
            {
                cout << node->ivex << "(" << mVexs[node->ivex].data << ") ";
                node = node->nextEdge;
            }
            cout << endl;
        }
    }
    
    int main()
    {
        char vexs[] = {
       'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G'};
        char edges[][2] = {
            {
       'A', 'B'}, 
            {
       'B', 'C'}, 
            {
       'B', 'E'}, 
            {
       'B', 'F'}, 
            {
       'C', 'E'}, 
            {
       'D', 'C'}, 
            {
       'E', 'B'}, 
            {
       'E', 'D'}, 
            {
       'F', 'G'}}; 
        int vlen = sizeof(vexs)/sizeof(vexs[0]);
        int elen = sizeof(edges)/sizeof(edges[0]);
        ListDG* pG;
    
        // 自定义"图"(输入矩阵队列)
        //pG = new ListDG();
        // 采用已有的"图"
        pG = new ListDG(vexs, vlen, edges, elen);
    
        pG->print();   // 打印图
    
        return 0;
    }

[- _ -]: http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3691463.html