疯狂的小鸡

数据结构-图

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2018/10/22 Share

图的基本概念

(1)图是由顶点集合以及顶点间的关系集合组成的一种数据结构。
Graph = (V,E) V是顶点的又穷非空集合;E是顶点之间关系的有穷集合,也叫边集合。

(2)无向图
若顶点Vi到Vj之间的边没有方向,则称这条边为无向边,用无序偶对(Vi,Vj)来表示。如果图中任意两个顶点时间的边都是无向边,则称该图为无向图:
无向图
由于是无向图,所以连接顶点A与D的边,可以表示为无序对(A,D),也可以写成(D,A)
对于如上无向图来说,G=(V,{E}) 其中顶点集合V={A,B,C,D};边集合E={(A,B),(B,C),(C,D),(D,A),(A,C)}

(3)有向图
有向边:若从顶点Vi到Vj的边有方向,则称这条边为有向边,也称为弧。
用有序偶<Vi,Vj>来表示,Vi称为弧尾,Vj称为弧头。
如果图中任意两个顶点之间的边都是有向边,则称该图为有向图:
有向图
连接顶点A到D的有向边就是弧,A是弧尾,D是弧头,<A,D>表示弧。注意不能写成<D,A>。
对于如上有向图来说,G=(V,{E})其中顶点集合V={A,B,C,D};弧集合E={<A,D>,<B,A>,<C,A>,<B,C>}

(4)完全图
完全无向图:若有n个顶点的无向图有n(n-1)/2 条边, 则此图为完全无向图。
完全有向图:有n个顶点的有向图有n(n-1)条边, 则此图为完全有向图。

(5)树中根节点到任意节点的路径是唯一的,但是图中顶点与顶点之间的路径却不是唯一的。
路径的长度是路径上的边或弧的数目。

(6)如果对于图中任意两个顶点都是连通的,则成G是连通图。

(7)图按照边或弧的多少分稀疏图和稠密图。 如果任意两个顶点之间都存在边叫完全图,有向的叫有向图。
若无重复的边或顶点到自身的边则叫简单图。

(8)图中顶点之间有邻接点。无向图顶点的边数叫做度。有向图顶点分为入度和出度。

(9)图上的边和弧上带权则称为网。

(10)有向的连通图称为强连通图。

图的存储结构

关于图的存储结构,可以分为以下五种:

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(称为邻接矩阵)存储图中边或弧的信息
邻接矩阵
加权图使用权重代替1,∞表示不通

优点:
直观、容易理解,可以很容易的判断出任意两个顶点是否有边,最大的优点就是很容易计算出各个顶点的度。

缺点:
当需要表示完全图的时候,邻接矩阵是最好的表示方法,但是对于稀疏矩阵,由于它边少,但是顶点多,这样就会造成空间的浪费。

邻接表

邻接表是图的一种链式存储结构。主要是应对于邻接矩阵在顶点多边少的时候,浪费空间的问题。它的方法就是声明两个结构。
邻接表结构
无向图示例:
邻接表
加权有向图示例:
邻接表结构

优点:
对于,稀疏图,邻接表比邻接矩阵更节约空间。

缺点:
不容易判断两个顶点是有关系(边),顶点的出度容易,但是求入度需要遍历整个邻接表。

十字链表

十字链表是有向图的一个专有的链表结构,我们之前也说了,邻接表对于我们计算顶点的入度是一个很麻烦的事情,而十字链表正好可以解决这个问题。十字链表和邻接表一样,他会有两个结构来表示图:其中一个结构用于保存顶点信息,另外一个结构是用于保存每条边的信息,如下图所示:
十字链表结构

实线链接的链表表示出度,虚线表示入度
十字链表

邻接多重表

邻接多重表是无向图的另一种链式存储结构。我们之前也说了使用邻接矩阵来存储图比价浪费空间,但是如果我们使用邻接表来存储图时,对于无向图又有一些不便的地方,例如我们需要对一条已经访问过的边进行删除或者标记等操作时,我们除了需要找到表示同一条边的两个结点。这会给我们的程序执行效率大打折扣,所以这个时候,邻接多重表就派上用场啦。

首先,邻接多重表同样是对邻接表的一个改进得到来的结构,它同样需要一个头结点保存每个顶点的信息和一个表结点,保存每条边的信息,他们的结构如下:
邻接多重表结构

mark为标志域,例如标志是否已经访问过,ivex和jvex代表边的两个顶点在顶点表中的下标,ilink指向下一个依附在顶点ivex的边,jlink指向下一个依附在顶点jvex的边,weight 代表该边的权重。
邻接多重表

边集数组

边集数组是由两个一维数组构成,一个是存储顶点的信息,另一个是存储边的信息,这个边数组每个数据元素由一条边的起点下标(begin),终点下标(end)和权(weight)组成。带权图(网)的另一种存储结构是边集数组,它适用于一些以边为主的操作。用边集数组表示带权图时,列出每条边所依附的两个顶点及边上的权,即每个数组元素代表一条边的信息。
边集数组
边集数组侧重于对边依次进行处理的操作,而不适合对顶点相关的操作。

图的遍历

图的遍历图和树的遍历类似,那就是从图中某一顶点出发访遍图中其余顶点,且使每一个顶点仅被访问一次,这个过程就叫做图的遍历。
对于图的遍历来说,如何避免因回路陷入死循环,就需要科学地设计遍历方案,通过有两种遍历次序方案:深度优先遍历和广度优先遍历。

深度优先遍历

深度优先遍历(Depth_First_Search),也称为深度优先搜索,简称DFS。
深度优先遍历

广度优先遍历

广度优先遍历(Breadth_First_Search),又称为广度优先搜索,简称BFS。
深度遍历类似树的前序遍历,广度优先遍历类似于树的层序遍历。
广度优先遍历

CATALOG
  1. 1. 图的基本概念
  2. 2. 图的存储结构
    1. 2.1. 邻接矩阵
    2. 2.2. 邻接表
    3. 2.3. 十字链表
    4. 2.4. 邻接多重表
    5. 2.5. 边集数组
  3. 3. 图的遍历
    1. 3.1. 深度优先遍历
    2. 3.2. 广度优先遍历