图的表示法:邻接矩阵和邻接链表的实现

本章主要来讨论图在数据结构中的表示方法。构成图的两个元素是顶点的有限集合和边的有限集合,顶点也称节点。边的表示格式为 (u, v),对于无向图,边是没有顺序的,所以 (u, v) 和 (v, u) 是相同的。但是在有向图中,边是有顺序的,所以 (u, v) 和 (v, u) 代表不同的边。此外,边还有一个属性,就是边的权重(也可称为值或代价等)。

在现实世界中,图可用于表示网络,如城市和道路构成的网络、社交网络等。

下图是一个有 5 个顶点的图

数据结构中,图常用的表示方法有邻接矩阵和邻接链表,用的比较少的是关联矩阵和关联链表。

 

1.邻接矩阵

邻接矩阵是用二维数组表示的,如果顶点数为 V,那么邻接矩阵大小就是 V x V,设矩阵为 adj[][],则 adj[i][j]=1 表示顶点 i 和顶点 j 之间有一条边。无向图的邻接矩阵总是对称的,邻接矩阵还可以用来表示图的权重,如 adj[i][j]=w,表示顶点 i 和顶点 j 之间的边的权重为 w。

前面的图的邻接矩阵如下

用邻接矩阵表示图的好处是实现比较简单,删除边只用 O(1) 的时间,查询顶点之间有没有边也只需 O(1) 的时间。不好的地方就是需要 O(V^2) 的存储空间,对于稀疏图(边很少的图)也一样,添加一个顶点需要 O(V^2) 的时间。

 

2.邻接链表

用邻接链表表示图时,需要一个数组链表,数组的大小和顶点的个数相等,假设数组为 array[],那么 array[i] 表示第 i 个顶点的邻接节点。邻接链表也可以表示权重信息,权重信息就保存在链表的节点信息上。下面的

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