十字鏈表的定義及C語言描述

十字鏈表常用於表示稀疏矩陣,可視作稀疏矩陣的一種鏈式表示,因此,這裏以稀疏矩陣爲背景介紹十字鏈表。不過,十字鏈表的應用遠不止稀疏矩陣,一切具有正交關係的結構,都可用十字鏈表存儲。

1、存儲方式

(a)稀疏矩陣中每個非0元素對應一個十字鏈表結點,每個結點的結構爲

其中各字段的含意爲:
row
──元素在稀疏矩陣中的行號
col
──元素在稀疏矩陣中的列號
val
──元素值
down
──指向同列中下一個非0元素結點
right
──指向同行中下一個非0元素結點

(b)每行/列設一個表頭結點(結構同元素結點),以down/right爲鏈構成循環鏈表,即第i列頭結點的down指向該列上第1個非0元素,第i行頭結點的right指向該行第1個非0元素。第i/行上最後一個結點的down/right指向該列/行的頭結點。若某列/行中無非0元素,則令它的頭結點down/right域指向自己。
      (c)
設一個總頭結點(結構同元素結點),令總頭結點和各個列/行頭結點用val字段,按列/行序構成一個循環單鏈表。

(d)可令總頭結點的rowcolval分別表示矩陣的最大行號、列號與非0元素個數,而down/right指向第1/行的頭結點。該總頭結點可作爲整個十字鏈表的代表。

 (e)由於行與列的頭結點分別使用right域與down(不同時使用),故第i列與第i行頭結點可合用同一個頭結點(對所有可能的i),以節省存儲空間。
 (f)
有時,爲了快速訪問行/列頭結點,設置一個一維數組headNodes[],使headNodes[i]指向i/列的頭結點。但這並不是必須的,因爲各行/列的頭結點已形成了一個循環單鏈表,故若已知十字鏈表總頭結點,即可搜索到任一頭結點。

設有一個如下形式的矩陣,它所對應的十字鏈表如下圖所示。

 

稀疏矩陣的十字鏈表存儲表示:

#include <malloc.h> 
  #include <stdio.h> 
  /*十字鏈表的結構類型定義如下:*/ 
  typedef struct OLNode 
  { 
  int row,col; /*非零元素的行和列下標*/ 
  int value; 
  struct OLNode *right; /*非零元素所在行表、列表的後繼鏈域*/ 
  struct OLNode *down; 
  }OLNode, *OLink; 
  typedef struct 
  { 
  OLink *row_head; /*行、列鏈表的頭指針向量*/ 
  OLink *col_head; 
  int m,n,len; /*稀疏矩陣的行數、列數、非零元素的個數*/ 
  }CrossList; 
  /*建立稀疏矩陣的十字鏈表的算法*/ 
  void CreateCrossList(CrossList *M) 
  { 
  int m, n, t, i, j, e; 
  OLNode* p; 
  OLNode* q; 
  /*採用十字鏈表存儲結構,創建稀疏矩陣M*/ 
  scanf("%d%d%d", &m,&n,&t); /*輸入M的行數,列數和非零元素的個數*/ 
  M->m=m; 
  M->n=n; 
  M->len=t; 
  if(!(M->row_head=(OLink *)malloc((m+1)*sizeof(OLink)))) 
  exit(OVERFLOW); 
  if(!(M->col_head=(OLink * )malloc((n+1)*sizeof(OLink)))) 
  exit(OVERFLOW); 
  /*初始化行、列頭指針向量,各行、列鏈表爲空的鏈表*/ 
  for(int h=0; h<m+1; h++) 
  { 
  M->row_head[h] = NULL; 
  } 
  for(int t=0; t<n+1; t++) 
  { 
  M->col_head[t] = NULL; 
  } 
  for(scanf("%d%d%d", &i,&j,&e);i!=0;scanf("%d%d%d", &i,&j,&e)) 
  { 
  if(!(p=(OLNode *)malloc(sizeof(OLNode)))) 
  exit(OVERFLOW); 
  p->row=i; 
  p->col=j; 
  p->value=e; /*生成結點*/ 
  if(M->row_head[i]==NULL) 
  M->row_head[i]=p; 
  p->right=NULL; 
  else 
  { 
  /*尋找行表中的插入位置*/ 
  for(q=M->row_head[i];q->right&&q->right->col<j;q=q->right); /*空循環體*/ 
  p->right=q->right; 
  q->right=p; /*完成插入*/ 
  } 
  if(M->col_head[j]==NULL) 
  M->col_head[j]=p; 
  p->down=NULL; 
  else 
  { 
  /*尋找列表中的插入位置*/ 
  for(q=M->col_head[j];q->down&&q->down->row<i;q=q->down); /*空循環體*/ 
  p->down=q->down; 
  q->down=p; /*完成插入*/ 
  } 
  } 
  }


 

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