*煙臺大學計算機與控制工程學院
*作 者：鄒曉琳
*完成日期：2016年11月18日
*問題描述：驗證最小生成樹的普里姆算法
*/
1.graph.h
#define MAXV 100 //最大頂點個數
#define INF 32767 //INF表示∞
typedef int InfoType;
//以下定義鄰接矩陣類型
typedef struct
{
int no; //頂點編號
InfoType info; //頂點其他信息，在此存放帶權圖權值
} VertexType; //頂點類型
typedef struct //圖的定義
{
int edges[MAXV][MAXV]; //鄰接矩陣
int n,e; //頂點數，弧數
VertexType vexs[MAXV]; //存放頂點信息
} MGraph; //圖的鄰接矩陣類型
//以下定義鄰接表類型
typedef struct ANode //弧的結點結構類型
{
int adjvex; //該弧的終點位置
struct ANode *nextarc; //指向下一條弧的指針
InfoType info; //該弧的相關信息,這裏用於存放權值
} ArcNode;
typedef int Vertex;
typedef struct Vnode //鄰接表頭結點的類型
{
Vertex data; //頂點信息
int count; //存放頂點入度,只在拓撲排序中用
ArcNode *firstarc; //指向第一條弧
} VNode;
typedef VNode AdjList[MAXV]; //AdjList是鄰接表類型
typedef struct
{
AdjList adjlist; //鄰接表
int n,e; //圖中頂點數n和邊數e
} ALGraph; //圖的鄰接表類型
//功能：由一個反映圖中頂點鄰接關係的二維數組，構造出用鄰接矩陣存儲的圖
//參數：Arr - 數組名，由於形式參數爲二維數組時必須給出每行的元素個數，在此將參數Arr聲明爲一維數組名（指向int的指針）
// n - 矩陣的階數
// g - 要構造出來的鄰接矩陣數據結構
void ArrayToMat(int *Arr, int n, MGraph &g); //用普通數組構造圖的鄰接矩陣
void ArrayToList(int *Arr, int n, ALGraph *&); //用普通數組構造圖的鄰接表
void MatToList(MGraph g,ALGraph *&G);//將鄰接矩陣g轉換成鄰接表G
void ListToMat(ALGraph *G,MGraph &g);//將鄰接表G轉換成鄰接矩陣g
void DispMat(MGraph g);//輸出鄰接矩陣g
void DispAdj(ALGraph *G);//輸出鄰接表G
2.graph.cpp
#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
#include"graph.h"
//功能：由一個反映圖中頂點鄰接關係的二維數組，構造出用鄰接矩陣存儲的圖
//參數：Arr - 數組名，由於形式參數爲二維數組時必須給出每行的元素個數，在此將參數Arr聲明爲一維數組名（指向int的指針）
// n - 矩陣的階數
// g - 要構造出來的鄰接矩陣數據結構
void ArrayToMat(int *Arr, int n, MGraph &g)
{
int i,j,count=0; //count用於統計邊數，即矩陣中非0元素個數
g.n=n;
for (i=0; i<g.n; i++)
for (j=0; j<g.n; j++)
{
g.edges[i][j]=Arr[i*n+j]; //將Arr看作n×n的二維數組，Arr[i*n+j]即是Arr[i][j]，計算存儲位置的功夫在此應用
if(g.edges[i][j]!=0)
count++;
}
g.e=count;
}
void ArrayToList(int *Arr, int n, ALGraph *& G) //用普通數組構造圖的鄰接表
{
int i,j,count=0; //count用於統計邊數，即矩陣中非0元素個數
ArcNode *p;
G=(ALGraph *)malloc(sizeof(ALGraph));
G->n=n;
for (i=0; i<n; i++) //給鄰接表中所有頭節點的指針域置初值
G->adjlist[i].firstarc=NULL;
for (i=0; i<n; i++) //檢查鄰接矩陣中每個元素
for (j=n-1; j>=0; j--)
if (Arr[i*n+j]!=0) //存在一條邊，將Arr看作n×n的二維數組，Arr[i*n+j]即是Arr[i][j]
{
p=(ArcNode *)malloc(sizeof(ArcNode)); //創建一個節點*p
p->adjvex=j;
p->info=Arr[i*n+j];
p->nextarc=G->adjlist[i].firstarc; //採用頭插法插入*p
G->adjlist[i].firstarc=p;
}
G->e=count;
}
void MatToList(MGraph g,ALGraph *&G)//將鄰接矩陣g轉換成鄰接表G
{
int i,j;
ArcNode *p;
G=(ALGraph *)malloc(sizeof(ALGraph));
for (i=0; i<g.n; i++) //給鄰接表中所有頭節點的指針域置初值
G->adjlist[i].firstarc=NULL;
for (i=0; i<g.n; i++) //檢查鄰接矩陣中每個元素
for (j=g.n-1; j>=0; j--)
if (g.edges[i][j]!=0) //存在一條邊
{
p=(ArcNode *)malloc(sizeof(ArcNode)); //創建一個節點*p
p->adjvex=j;
p->info=g.edges[i][j];
p->nextarc=G->adjlist[i].firstarc; //採用頭插法插入*p
G->adjlist[i].firstarc=p;
}
G->n=g.n;
G->e=g.e;
}
void ListToMat(ALGraph *G,MGraph &g)//將鄰接表G轉換成鄰接矩陣g
{
int i,j;
ArcNode *p;
for (i=0; i<g.n; i++) //先初始化鄰接矩陣
for (j=0; j<g.n; j++)
g.edges[i][j]=0;
for (i=0; i<G->n; i++) //根據鄰接表，爲鄰接矩陣賦值
{
p=G->adjlist[i].firstarc;
while (p!=NULL)
{
g.edges[i][p->adjvex]=p->info;
p=p->nextarc;
}
}
g.n=G->n;
g.e=G->e;
}
void DispMat(MGraph g)//輸出鄰接矩陣g
{
int i,j;
for (i=0; i<g.n; i++)
{
for (j=0; j<g.n; j++)
if (g.edges[i][j]==INF)
printf("%3s","∞");
else
printf("%3d",g.edges[i][j]);
printf("\n");
}
}
void DispAdj(ALGraph *G)//輸出鄰接表G
{
int i;
ArcNode *p;
for (i=0; i<G->n; i++)
{
p=G->adjlist[i].firstarc;
printf("%3d: ",i);
while (p!=NULL)
{
printf("-->%d/%d ",p->adjvex,p->info);
p=p->nextarc;
}
printf("\n");
}
}
3.main.cpp
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include "graph.h"
void Prim(MGraph g,int v)
{
int lowcost[MAXV]; //頂點i是否在U中
int min;
int closest[MAXV],i,j,k;
for (i=0; i<g.n; i++) //給lowcost[]和closest[]置初值
{
lowcost[i]=g.edges[v][i];
closest[i]=v;
}
for (i=1; i<g.n; i++) //找出n-1個頂點
{
min=INF;
for (j=0; j<g.n; j++) //在(V-U)中找出離U最近的頂點k
if (lowcost[j]!=0 && lowcost[j]<min)
{
min=lowcost[j];
k=j; //k記錄最近頂點的編號
}
printf(" 邊(%d,%d)權爲:%d\n",closest[k],k,min);
lowcost[k]=0; //標記k已經加入U
for (j=0; j<g.n; j++) //修改數組lowcost和closest
if (g.edges[k][j]!=0 && g.edges[k][j]<lowcost[j])
{
lowcost[j]=g.edges[k][j];
closest[j]=k;
}
}
}
int main()
{
MGraph g;
int A[6][6]=
{
{0,10,INF,INF,19,21},
{10,0,5,6,INF,11,},
{5,0,6,INF,INF,INF},
{INF,INF,6,0,18,14},
{19,INF,INF,18,0,33},
{21,11,INF,14,33,0}
};
ArrayToMat(A[0], 6, g);
printf("最小生成樹構成:\n");
Prim(g,0);
return 0;
}
運行結果：
知識點總結：
普里姆算法，我的理解是比如由0出發構造最小生成樹，找從0出發的邊權值最小的然後再從這條邊的“尾點”出發找權值最小的，不能形成迴路，直到所有的定點被遍歷
學習心得：
算法和圖還不能結合在一起，還需要自己靜下心來走一走