邻接矩阵表示图深度广度优先遍历

静压试验*问题描述:
建立图的存储结构(图的类型可以是有向图、无向图、有向网、无向网,学生可以任选两种类型),能够输入图的顶点和边的信息,并存储到相应存储结构中,而后输出图的邻接矩阵。
1、邻接矩阵表示法:
  设G=(V,E)是一个图,其中V={V1,V2,V3…,Vn}。G的邻接矩阵是一个他有下述性质的n阶方阵:
      1,若(Vi,Vj)∈E 或<Vi,Vj>∈E;
  A[i,j]={
1,反之
图5-2中有向图G1和无向图G2的邻接矩阵分别为 M1和 M2:
M1=┌ 0 1 0 1 ┐
│ 1 0 1 0 │
│ 1 0 0 1 │
└ 0 0 0 0 ┘       
M2=┌ 0 1 1 1 ┐
│ 1 0 1 0 │
│ 1 1 0 1 │
└ 1 0 1 0 ┘
  注意无向图的邻接是一个对称矩阵,例如 M2。
  用邻接矩阵表示法来表示一个具有n个顶点的图时,除了用邻接矩阵中的n*n个元素存储顶点间相邻关系外,往往还需要另设一个向量存储n个顶点的信息。因此其类型定义如下:
 VertexType vertex[MAX_VERTEX_NUM]; // 顶点向量
AdjMatrix arcs; // 邻接矩阵
  int vexnum, arcnum; // 图的当前顶点数和弧(边)数
  GraphKind kind; // 图的种类标志 
    若图中每个顶点只含一个编号i(1≤i≤vnum),则只需一个二维数组表示图的邻接矩阵。此时存储结构可简单说明如下:
  type adjmatrix=array[1..vnum,1..vnum]of adj;
  利用邻接矩阵很容易判定任意两个顶点之间是否有边(或弧)相联,并容易求得各个顶点的度。
  对于无向图,顶点Vi的度是邻接矩阵中第i行元素之和,即
        n        n
    D(Vi)=∑A[i,j]  (或∑A[i,j])
        j=1        i=1炉灶节能器
  对于有向图,顶点Vi的出度OD(Vi)为邻接矩阵第i行元素之和,顶点Vi的入度ID(Vi)为第i列元素之和。即
         n         n
    OD(Vi)=∑A[i,j], OD(Vi)=∑A[j,i])
        j=1         j=1   
  用邻接矩阵也可以表示带权图,只要令
         Wij, 若<Vi,Vj>或(Vi,Vj)
    A[i,j]={
         ∞ , 否则。
  其中Wij为<Vi,Vj>或(Vi,Vj)上的权值。相应地,网的邻接矩阵表示的类型定义应作如下的
修改:        adj:weightype ; {weightype为权类型}
  图5-6列出一个网和它的邻接矩阵。
┌ ∞ 3 1 ∞ ∞ ┐
│ ∞ ∞ 5 1 ∞ │
│ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ │
│ ∞ ∞ 6 ∞ ∞ │
└ ∞ 3 2 2 ∞ ┘
(a)网        (b)邻接矩阵
图5-6 网及其邻接矩阵
  对无向图或无向网络,由于其邻接矩阵是对称的,故可采用压缩存贮的方法,仅存贮下三角或上三角中的元素(但不含对角线上的元素)即可。显然,邻接矩阵表示法的空间复杂度O()。
无向网邻接矩阵的建立方法是:首先将矩阵A的每个元素都初始化成∞。然后,读入边及权值(i,j,wij),将A的相应元素置成Wij。
2、图的遍历
*深度优先搜索
深度优先搜索遍历类似于树的先根遍历,是树的先根遍历的推广。假设初始状态是图中所有的顶点未曾被访问则深度优先遍历可从图的某个顶点V出发,访问此顶点,然后依次从V的未被访问的邻接点出发深度优先遍历图,直至图中所有和V有路径相通的顶点都被访问到;若此时图中尚有顶点未被访问,则另选图中的一个未被访问的顶点,重复上述过程,直至图中所有顶点都被访问到为止。
以图7.13(a)中无向图G4为例,深度优先遍历图的过程如图7.13(b)所示。假设从顶点V1
发进行搜索,在访问了顶点V1后,选择邻接点V2。因为V2未曾访问,则从V2新型模板支撑出发进行搜索。依次类推,接着从V4,V8,V5出发进行搜索。在访问了V5之后,由于V5的邻接点已都被访问,则搜索回到V8。由于同样的理由,搜索继续回到V4,V2直至V1,此时由于V阳光房天窗1的另一个邻接点为被访问,则搜索又从V1到V3,再继续进行下去。由此得到顶点的访问序列为:
V1      V  V4      V8      V5    V3    V6    V7
显然,这是一个递归的过程。为了在遍历过程中便于区别顶点是否已被访问,需附设访问标志数组-1],其初值为0,一但某个顶点被访问,则其相应的分量置为1。
*广度优先搜索
    假设从图中某顶点v出发,在访问了v之后一次访问v的各个未曾访问的扩大邻接点,然后分别从这些邻接点出发依次访问他们的邻接点,并使“先被访问的邻接点”先于“后被访问的邻接点”被访问,直至图中所有已被访问的顶点的邻接点都被访问到。若图中尚有顶点未被访问,则另选图中一个未曾被访问的顶点作起始点,重复上述过程,直到图中的顶点都
被访问为止。换句话说,广度优先遍历图的过程就是以v为起始点,有远至近,依次访问和v有路径相通且路径长度为1、2……的顶点。例如,对图G4进行广度优先搜索遍历的过程如图7.13(3)所示,首先访问v1和v1的邻接点v2和v3,然后依次访问v2的邻接点v4和v5及v3的邻接点v6和v7,最后访问v4的邻接点v8。由于这些顶点的邻接点均已被访问,并且图中所有顶点都被访问,由此完成了图的遍历。得到的顶点访问序列为
    V1    V V3    V4    V门栓5    V6    V7    V8
和深度优先搜索类似,在遍历的过程中也需要一个访问标志数组。并且,为了顺次访问路径长度为2、3、的顶点,需附设队列以存储已被访问的路径长度为1、2的顶点。
2、图的输出
    图的邻接矩阵是一个二维数组,运用for语句的嵌套依次输出。
   
    Y
    N
    Y
    N    Y
    N    主程序流程图
    Y
    N
图的构造流程图
1、无向图邻接矩阵的建立算法如下:
procedure build-graph;    {建立无向图的邻接矩阵}
begin
for i:=1 to n do read(G.vertex[i]);  {读入n个顶点的信息}
for i:=1 to n do
for j:=1 to e do
G.arcs[i][j] =0;
{将邻接矩阵的每个元素初始化成0 }
for k:=1 to e do {e为边的数目}
[ read(i,j,w)  {读入边<i,j>和权}G.arcs[i][j]:=w]
G.arcs[i][j]=G.arcs[i][i]{置对称弧}
end;
该算法的执行时间是O(n+n2+e),其中消耗在邻接矩阵初始化操作上的时间是O(n2),而e<n2,所以上述算法的时间复杂度是O(n2)。
  2、无向网邻接矩阵的建立算法如下:
procedure build-graph;    {建立无向网的邻接矩阵}
begin
for i:=1 to n do read(G.vertex[i]);  {读入n个顶点的信息}
for i:=1 to n do
for j:=1 to e do
G.arcs[i][j] =maxint;
{将邻接矩阵的每个元素初始化成maxint,计算机内∞用最大事数maxint表示}
for k:=1 to e do {e为边的数目}
[ read(i,j,w)  {读入边<i,j>和权}G.arcs[i][j]:=w;  G.arcs[i][j]:=w]  end;
该算法的执行时间是O(n+n2+e),其中消耗在邻接矩阵初始化操作上的时间是O(n2),而e<n2柱层析,所以上述算法的时间复杂度是O(n2)。
3、图的深度优先遍历算法分析
begin
for i:=1 to n do(visited[i]){初始化标志数组}
while (i<n)
{for:i=1 to n do{按要求访问邻接点}}
end
当用二维数组表示邻接矩阵作图的存储结构时,查每个顶点的邻接点所需时间为O(n2),其中n为图中顶点数。

本文发布于:2024-09-24 13:14:46,感谢您对本站的认可!

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标签:顶点   访问   遍历   邻接
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