圖的存儲
鄰接矩陣
用矩陣表示圖中各頂點之間的鄰接關係和權值。假設圖Graph=(V,E)中有n個確定的頂點,V=|v0,v1,v2,v3,v4,v5…vn-1|。對於無權圖,鄰接矩陣可以表示爲:
對於有權圖:
舉例:
右邊的矩陣即爲無向圖中的鄰接矩陣表示。矩陣中第i行j列個元素Gij,若等於1則表示從i到j有邊,若等於0則表示無邊。
特點:
- 無向圖鄰接矩陣關於主對角線對稱,並且主對角線上的元素全爲0 。
- 對於無向圖,第i行(或第i列)非0元素的個數就是第i個頂點的度。對於有向圖,第i行非0元素的個數就是第i個頂點的出入,第i列非0元素的個數就第i個元素的入度。
- 檢測每對頂點是否有邊的時間代價是o(n^2)。
代碼示例:
/* 圖的鄰接矩陣表示法 */
#define MaxVertexNum 100 /* 最大頂點數設爲100 */
#define INFINITY 65535 /* ∞設爲雙字節無符號整數的最大值65535*/
typedef int Vertex; /* 用頂點下標表示頂點,爲整型 */
typedef int WeightType; /* 邊的權值設爲整型 */
typedef char DataType; /* 頂點存儲的數據類型設爲字符型 */
/* 邊的定義 */
typedef struct ENode *PtrToENode;
struct ENode{
Vertex V1, V2; /* 有向邊<V1, V2> */
WeightType Weight; /* 權重 */
};
typedef PtrToENode Edge;
/* 圖結點的定義 */
typedef struct GNode *PtrToGNode;
struct GNode{
int Nv; /* 頂點數 */
int Ne; /* 邊數 */
WeightType G[MaxVertexNum][MaxVertexNum]; /* 鄰接矩陣 */
DataType Data[MaxVertexNum]; /* 存頂點的數據 */
/* 注意:很多情況下,頂點無數據,此時Data[]可以不用出現 */
};
typedef PtrToGNode MGraph; /* 以鄰接矩陣存儲的圖類型 */
MGraph CreateGraph( int VertexNum )
{ /* 初始化一個有VertexNum個頂點但沒有邊的圖 */
Vertex V, W;
MGraph Graph;
Graph = (MGraph)malloc(sizeof(struct GNode)); /* 建立圖 */
Graph->Nv = VertexNum;
Graph->Ne = 0;
/* 初始化鄰接矩陣 */
/* 注意:這裏默認頂點編號從0開始,到(Graph->Nv - 1) */
for (V=0; V<Graph->Nv; V++)
for (W=0; W<Graph->Nv; W++)
Graph->G[V][W] = INFINITY;
return Graph;
}
void InsertEdge( MGraph Graph, Edge E )
{
/* 插入邊 <V1, V2> */
Graph->G[E->V1][E->V2] = E->Weight;
/* 若是無向圖,還要插入邊<V2, V1> */
Graph->G[E->V2][E->V1] = E->Weight;
}
MGraph BuildGraph()
{
MGraph Graph;
Edge E;
Vertex V;
int Nv, i;
scanf("%d", &Nv); /* 讀入頂點個數 */
Graph = CreateGraph(Nv); /* 初始化有Nv個頂點但沒有邊的圖 */
scanf("%d", &(Graph->Ne)); /* 讀入邊數 */
if ( Graph->Ne != 0 ) { /* 如果有邊 */
E = (Edge)malloc(sizeof(struct ENode)); /* 建立邊結點 */
/* 讀入邊,格式爲"起點 終點 權重",插入鄰接矩陣 */
for (i=0; i<Graph->Ne; i++) {
scanf("%d %d %d", &E->V1, &E->V2, &E->Weight);
/* 注意:如果權重不是整型,Weight的讀入格式要改 */
InsertEdge( Graph, E );
}
}
/* 如果頂點有數據的話,讀入數據 */
for (V=0; V<Graph->Nv; V++)
scanf(" %c", &(Graph->Data[V]));
return Graph;
}
鄰接矩陣的不足:
- 對於稀疏圖來說浪費的空間過多,並且查詢邊的效率低。
鄰接表
鄰接表是一種順序存儲與鏈式存儲相結合的方法。對於圖G中的每個頂點vi,將所有鄰接於vi的頂點vj連稱一個單鏈表,這個單鏈表就稱爲頂點vi的鄰接表。再將所有的鄰接表表頭放到一個數組中,就構成了圖的鄰接表。
如圖:
鄰接表在頂點非常多,但比較稀疏時合算。
代碼:
/* 圖的鄰接表表示法 */
#define MaxVertexNum 100 /* 最大頂點數設爲100 */
typedef int Vertex; /* 用頂點下標表示頂點,爲整型 */
typedef int WeightType; /* 邊的權值設爲整型 */
typedef char DataType; /* 頂點存儲的數據類型設爲字符型 */
/* 邊的定義 */
typedef struct ENode *PtrToENode;
struct ENode{
Vertex V1, V2; /* 有向邊<V1, V2> */
WeightType Weight; /* 權重 */
};
typedef PtrToENode Edge;
/* 鄰接點的定義 */
typedef struct AdjVNode *PtrToAdjVNode;
struct AdjVNode{
Vertex AdjV; /* 鄰接點下標 */
WeightType Weight; /* 邊權重 */
PtrToAdjVNode Next; /* 指向下一個鄰接點的指針 */
};
/* 頂點表頭結點的定義 */
typedef struct Vnode{
PtrToAdjVNode FirstEdge;/* 邊表頭指針 */
DataType Data; /* 存頂點的數據 */
/* 注意:很多情況下,頂點無數據,此時Data可以不用出現 */
} AdjList[MaxVertexNum]; /* AdjList是鄰接表類型 */
/* 圖結點的定義 */
typedef struct GNode *PtrToGNode;
struct GNode{
int Nv; /* 頂點數 */
int Ne; /* 邊數 */
AdjList G; /* 鄰接表 */
};
typedef PtrToGNode LGraph; /* 以鄰接表方式存儲的圖類型 */
LGraph CreateGraph( int VertexNum )
{ /* 初始化一個有VertexNum個頂點但沒有邊的圖 */
Vertex V;
LGraph Graph;
Graph = (LGraph)malloc( sizeof(struct GNode) ); /* 建立圖 */
Graph->Nv = VertexNum;
Graph->Ne = 0;
/* 初始化鄰接表頭指針 */
/* 注意:這裏默認頂點編號從0開始,到(Graph->Nv - 1) */
for (V=0; V<Graph->Nv; V++)
Graph->G[V].FirstEdge = NULL;
return Graph;
}
void InsertEdge( LGraph Graph, Edge E )
{
PtrToAdjVNode NewNode;
/* 插入邊 <V1, V2> */
/* 爲V2建立新的鄰接點 */
NewNode = (PtrToAdjVNode)malloc(sizeof(struct AdjVNode));
NewNode->AdjV = E->V2;
NewNode->Weight = E->Weight;
/* 將V2插入V1的表頭 */
NewNode->Next = Graph->G[E->V1].FirstEdge;
Graph->G[E->V1].FirstEdge = NewNode;
/* 若是無向圖,還要插入邊 <V2, V1> */
/* 爲V1建立新的鄰接點 */
NewNode = (PtrToAdjVNode)malloc(sizeof(struct AdjVNode));
NewNode->AdjV = E->V1;
NewNode->Weight = E->Weight;
/* 將V1插入V2的表頭 */
NewNode->Next = Graph->G[E->V2].FirstEdge;
Graph->G[E->V2].FirstEdge = NewNode;
}
LGraph BuildGraph()
{
LGraph Graph;
Edge E;
Vertex V;
int Nv, i;
scanf("%d", &Nv); /* 讀入頂點個數 */
Graph = CreateGraph(Nv); /* 初始化有Nv個頂點但沒有邊的圖 */
scanf("%d", &(Graph->Ne)); /* 讀入邊數 */
if ( Graph->Ne != 0 ) { /* 如果有邊 */
E = (Edge)malloc( sizeof(struct ENode) ); /* 建立邊結點 */
/* 讀入邊,格式爲"起點 終點 權重",插入鄰接矩陣 */
for (i=0; i<Graph->Ne; i++) {
scanf("%d %d %d", &E->V1, &E->V2, &E->Weight);
/* 注意:如果權重不是整型,Weight的讀入格式要改 */
InsertEdge( Graph, E );
}
}
/* 如果頂點有數據的話,讀入數據 */
for (V=0; V<Graph->Nv; V++)
scanf(" %c", &(Graph->G[V].Data));
return Graph;
}