1. 图的数组表示法
2. 代码
#include "ds.h" // 图的数组(邻接矩阵)存储表示 #define INFINITY INT_MAX // 用整型最大值代替∞ #define MAX_VERTEX_NUM 26 // 最大顶点个数 #define MAX_NAME 5 // 顶点字符串的最大长度+1 #define MAX_INFO 20 // 相关信息字符串的最大长度+1 typedef int VRType; // 顶点关系类型 typedef char InfoType; // 相关信息类型 typedef char VertexType[MAX_NAME]; // 顶点类型 enum GraphKind{DG,DN,UDG,UDN};// {有向图,有向网,无向图,无向网} typedef struct { VRType adj; // 顶点关系类型。对无权图,用1(是)或0(否)表示相邻否;对带权图,则为权值 InfoType *info; // 该弧相关信息的指针(可无) }ArcCell,AdjMatrix[MAX_VERTEX_NUM][MAX_VERTEX_NUM]; // 二维数组 struct MGraph { VertexType vexs[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数 GraphKind kind; // 图的种类标志 }; Boolean visited[MAX_VERTEX_NUM]; // 访问标志数组(全局量) void(*VisitFunc)(VertexType); // 函数变量 typedef VRType QElemType; // 队列元素类型 //队列的链式存储结构 typedef struct QNode{ QElemType data; struct QNode *next; }*QueuePtr; typedef struct LinkQueue{ QueuePtr front,rear; }LinkQueue; // 带头结点的单链队列 void InitQueue(LinkQueue &Q); void DestroyQueue(LinkQueue &Q); void ClearQueue(LinkQueue &Q); Status QueueEmpty(LinkQueue Q); int QueueLength(LinkQueue Q); Status GetHead(LinkQueue Q,QElemType &e); void EnQueue(LinkQueue &Q,QElemType e); Status DeQueue(LinkQueue &Q,QElemType &e); // 带头结点的单链队列 void InitQueue(LinkQueue &Q) { Q.front = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode)); if (!Q.front) exit(OVERFLOW); Q.front->next = NULL; Q.rear = Q.front; } void DestroyQueue(LinkQueue &Q) { QueuePtr q,p = Q.front; while (p) { q = p->next; free(p); p = q; } Q.front = Q.rear = NULL; } void ClearQueue(LinkQueue &Q) { QueuePtr q,p = Q.front->next; while (p) { q = p->next; free(p); p = q; } Q.front->next = NULL; Q.rear = Q.front; } Status QueueEmpty(LinkQueue Q) { if (Q.front == Q.rear) return TRUE; else return FALSE; } int QueueLength(LinkQueue Q) { int i = 0; QueuePtr p = Q.front->next; while (p) { i++; p = p->next; } return i; } Status GetHead(LinkQueue Q,QElemType &e) { if (Q.front->next) { memcpy(&e,&(Q.front->next->data),sizeof(QElemType)); return OK; } else { return FALSE; } } void EnQueue(LinkQueue &Q,QElemType e) { QueuePtr p = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode)); if (!p) exit(OVERFLOW); p->next = NULL; memcpy(&(p->data),&e,sizeof(QElemType)); Q.rear->next = p; Q.rear = p; } Status DeQueue(LinkQueue &Q,QElemType &e) { QueuePtr p = Q.front,q; if (Q.front == Q.rear) return FALSE; q = p->next; memcpy(&e,&(q->data),sizeof(QElemType)); p->next = q->next; if (Q.rear == q) Q.rear = Q.front; free(q); return OK; } // 图的数组(邻接矩阵)存储(存储结构由c7-1.h定义)的基本操作(21个),包括算法7.1、 // 7.2、算法7.4~7.6 // 初始条件:图G存在,u和G中顶点有相同特征 // 操作结果:若G中存在顶点u,则返回该顶点在图中位置;否则返回-1 int LocateVex(MGraph G,VertexType u) { int i; for (i = 0; i < G.vexnum; ++i) { if (strcmp(u,G.vexs[i]) == 0) return i; } return -1; } // 采用数组(邻接矩阵)表示法,由文件构造没有相关信息的无向图G void CreateFUDG(MGraph &G) { int i,j,k; char filename[13]; VertexType va,vb; FILE *graphlist; printf("请输入数据文件名(f7-1.txt或f7-2.txt):"); scanf("%s",filename); graphlist = fopen(filename,"r"); // 打开数据文件,并以graphlist表示 fscanf(graphlist,"%d",&G.vexnum); fscanf(graphlist,&G.arcnum); for (i = 0; i < G.vexnum; ++i) fscanf(graphlist,"%s",G.vexs[i]); // 构造顶点向量 for (i = 0; i < G.vexnum; ++i) // 初始化邻接矩阵 for (j = 0; j < G.vexnum; ++j) { G.arcs[i][j].adj = 0; // 图 G.arcs[i][j].info = NULL; // 没有相关信息 } for (k = 0; k < G.arcnum; ++k) { fscanf(graphlist,"%s%s",va,vb); i = LocateVex(G,va); j = LocateVex(G,vb); G.arcs[i][j].adj = G.arcs[j][i].adj = 1; // 无向图 } fclose(graphlist); // 关闭数据文件 G.kind = UDG; } // 采用数组(邻接矩阵)表示法,由文件构造没有相关信息的无向网G void CreateFUDN(MGraph &G) { int i,k,w; char filename[13]; VertexType va,vb; FILE *graphlist; printf("请输入数据文件名:"); scanf("%s",filename); graphlist = fopen(filename,"r"); fscanf(graphlist,G.vexs[i]); // 构造顶点向量 for (i = 0; i < G.vexnum; ++i) for (j = 0; j < G.vexnum; ++j) { G.arcs[i][j].adj = INFINITY; // 网 G.arcs[i][j].info = NULL; } for (k = 0; k < G.arcnum; ++k) { fscanf(graphlist,"%s%s%d",vb,&w); i = LocateVex(G,vb); G.arcs[i][j].adj = G.arcs[j][i].adj = w; // 无向网 } fclose(graphlist); // 关闭数据文件 G.kind = UDN; } // 采用数组(邻接矩阵)表示法,构造有向图G void CreateDG(MGraph &G) { int i,l,IncInfo; char s[MAX_INFO]; VertexType va,vb; printf("请输入有向图G的顶点数,弧数,弧是否含其它信息(是:1,否:0): "); scanf("%d,%d,%d",&G.vexnum,&G.arcnum,&IncInfo); printf("请输入%d个顶点的值(<%d个字符):\n",G.vexnum,MAX_NAME); for (i = 0; i < G.vexnum; ++i) // 构造顶点向量 scanf("%s",G.vexs[i]); for (i = 0; i < G.vexnum; ++i) // 初始化邻接矩阵 for (j = 0; j < G.vexnum; ++j) { G.arcs[i][j].adj = 0; // 图 G.arcs[i][j].info = NULL; } printf("请输入%d条弧的弧尾 弧头(以空格作为间隔): \n",G.arcnum); for (k = 0; k < G.arcnum; ++k) { scanf("%s%s%*c",vb); // %*c吃掉回车符 i = LocateVex(G,va); j = LocateVex(G,vb); G.arcs[i][j].adj = 1; // 有向图 if (IncInfo) { printf("请输入该弧的相关信息(<%d个字符): ",MAX_INFO); gets(s); l = strlen(s); if (l) { G.arcs[i][j].info = (char*)malloc((l + 1)*sizeof(char)); // 有向 strcpy(G.arcs[i][j].info,s); } } } G.kind = DG; } // 采用数组(邻接矩阵)表示法,构造有向网G void CreateDN(MGraph &G) { int i,w,IncInfo; char s[MAX_INFO]; VertexType va,vb; printf("请输入有向网G的顶点数,否:0): "); scanf("%d,&IncInfo); printf("请输入%d个顶点的值(<%d个字符):\n",G.vexs[i]); for (i = 0; i < G.vexnum; ++i) // 初始化邻接矩阵 for (j = 0; j < G.vexnum; ++j) { G.arcs[i][j].adj = INFINITY; // 网 G.arcs[i][j].info = NULL; } printf("请输入%d条弧的弧尾 弧头 权值(以空格作为间隔): \n",G.arcnum); for(k = 0; k < G.arcnum; ++k) { scanf("%s%s%d%*c",&w); // %*c吃掉回车符 i = LocateVex(G,va); j = LocateVex(G,vb); G.arcs[i][j].adj = w; // 有向网 if(IncInfo) { printf("请输入该弧的相关信息(<%d个字符): ",MAX_INFO); gets(s); w = strlen(s); if(w) { G.arcs[i][j].info=(char*)malloc((w+1)*sizeof(char)); // 有向 strcpy(G.arcs[i][j].info,s); } } } G.kind = DN; } // 采用数组(邻接矩阵)表示法,构造无向图G void CreateUDG(MGraph &G) { int i,IncInfo; char s[MAX_INFO]; VertexType va,vb; printf("请输入无向图G的顶点数,边数,边是否含其它信息(是:1,&IncInfo); printf("请输入%d个顶点的值(<%d个字符):\n",MAX_NAME); for(i = 0; i < G.vexnum; ++i) // 构造顶点向量 scanf("%s",G.vexs[i]); for(i = 0; i < G.vexnum; ++i) // 初始化邻接矩阵 for(j = 0; j < G.vexnum; ++j) { G.arcs[i][j].adj = 0; // 图 G.arcs[i][j].info = NULL; } printf("请输入%d条边的顶点1 顶点2(以空格作为间隔): \n",G.arcnum); for (k = 0; k < G.arcnum; ++k) { scanf("%s%s%*c",vb); // %*c吃掉回车符 i = LocateVex(G,vb); G.arcs[i][j].adj = G.arcs[j][i].adj = 1; // 无向图 if (IncInfo) { printf("请输入该边的相关信息(<%d个字符): ",MAX_INFO); gets(s); l = strlen(s); if(l) { G.arcs[i][j].info=G.arcs[j][i].info = (char*)malloc((l+1)*sizeof(char)); // 无向,两个指针指向同一个信息 strcpy(G.arcs[i][j].info,s); } } } G.kind = UDG; } // 采用数组(邻接矩阵)表示法,构造无向网G。算法7.2 void CreateUDN(MGraph &G) { int i,vb; printf("请输入无向网G的顶点数,MAX_NAME); for(i=0;i<G.vexnum;++i) // 构造顶点向量 scanf("%s",G.vexs[i]); for(i=0;i<G.vexnum;++i) // 初始化邻接矩阵 for(j=0;j<G.vexnum;++j) { G.arcs[i][j].adj=INFINITY; // 网 G.arcs[i][j].info=NULL; } printf("请输入%d条边的顶点1 顶点2 权值(以空格作为间隔): \n",G.arcnum); for(k=0;k<G.arcnum;++k) { scanf("%s%s%d%*c",&w); // %*c吃掉回车符 i=LocateVex(G,va); j=LocateVex(G,vb); G.arcs[i][j].adj=G.arcs[j][i].adj=w; // 无向 if(IncInfo) { printf("请输入该边的相关信息(<%d个字符): ",MAX_INFO); gets(s); w=strlen(s); if(w) { G.arcs[i][j].info=G.arcs[j][i].info=(char*)malloc((w+1)*sizeof(char)); // 无向,两个指针指向同一个信息 strcpy(G.arcs[i][j].info,s); } } } G.kind = UDN; } // 采用数组(邻接矩阵)表示法,构造图G。算法7.1改 void CreateGraph(MGraph &G) { printf("请输入图G的类型(有向图:0,有向网:1,无向图:2,无向网:3): "); scanf("%d",&G.kind); switch(G.kind) { case DG: CreateDG(G); // 构造有向图 break; case DN: CreateDN(G); // 构造有向网 break; case UDG:CreateUDG(G); // 构造无向图 break; case UDN:CreateUDN(G); // 构造无向网 } } // 初始条件:图G存在。操作结果:销毁图G void DestroyGraph(MGraph &G) { int i,k = 0; if (G.kind %2) // 网 k = INFINITY; // k为两顶点之间无边或弧时邻接矩阵元素的值 for (i = 0; i < G.vexnum; ++i) // 释放弧或边的相关信息(如果有的话) { if (G.kind < 2) // 有向 { for (j = 0; j < G.vexnum; j++) { if (G.arcs[i][j].adj != k) // 有弧 { if (G.arcs[i][j].info) // 有相关信息 { free(G.arcs[i][j].info); G.arcs[i][j].info = NULL; } } } } else // 无向 { for (j = i+1; j < G.vexnum; j++) // 只查上三角 { if (G.arcs[i][j].adj != k) // 有边 { if (G.arcs[i][j].info) // 有相关信息 { free(G.arcs[i][j].info); G.arcs[i][j].info = G.arcs[j][i].info = NULL; } } } } } G.vexnum = 0; // 顶点数为0 G.arcnum = 0; // 边数为0 } // 初始条件:图G存在,v是G中某个顶点的序号。操作结果:返回v的值 VertexType& GetVex(MGraph G,int v) { if (v >= G.vexnum || v < 0) exit(ERROR); return G.vexs[v]; } // 初始条件:图G存在,v是G中某个顶点。操作结果:对v赋新值value Status PutVex(MGraph &G,VertexType v,VertexType value) { int k; k = LocateVex(G,v); if (k < 0) return ERROR; strcpy(G.vexs[k],value); return OK; } // 初始条件:图G存在,v是G中某个顶点 // 操作结果:返回v的第一个邻接顶点的序号。若顶点在G中没有邻接顶点,则返回-1 int FirstAdjVex(MGraph G,VertexType v) { int i,j = 0,k; k = LocateVex(G,v); if (k < 0) return ERROR; if (G.kind % 2) // 网 j = INFINITY; for (i = 0; i < G.vexnum; i++) if (G.arcs[k][i].adj != j) return i; return -1; } // 初始条件:图G存在,v是G中某个顶点,w是v的邻接顶点 // 操作结果:返回v的(相对于w的)下一个邻接顶点的序号,若w是v的最后一个邻接顶点,则返回-1 int NextAdjVex(MGraph G,VertexType w) { int i,k1,k2; k1 = LocateVex(G,v); // k1为顶点v在图G中的序号 k2 = LocateVex(G,w); // k2为顶点v在图G中的序号 if (G.kind%2) // 网 j = INFINITY; for (i = k2+1; i < G.vexnum; i++) if (G.arcs[k1][j].adj != j) return i; return -1; } // 初始条件:图G存在,v和图G中顶点有相同特征 // 操作结果:在图G中增添新顶点v(不增添与顶点相关的弧,留待InsertArc()去做) void InsertVex(MGraph &G,VertexType v) { int i,j = 0; if(G.kind%2) // 网 j = INFINITY; strcpy(G.vexs[G.vexnum],v); // 构造新顶点向量 for (i = 0; i <= G.vexnum; i++) { G.arcs[G.vexnum][i].adj = G.arcs[i][G.vexnum].adj = j; // 初始化新增行、新增列邻接矩阵的值(无边或弧) G.arcs[G.vexnum][i].info = G.arcs[i][G.vexnum].info = NULL; // 初始化相关信息指针 } G.vexnum++; } // 初始条件:图G存在,v是G中某个顶点。操作结果:删除G中顶点v及其相关的弧 Status DeleteVex(MGraph &G,VertexType v) { int i,k; VRType m=0; if(G.kind%2) // 网 m = INFINITY; k = LocateVex(G,v); // k为待删除顶点v的序号 if(k < 0) // v不是图G的顶点 return ERROR; for(j = 0; j < G.vexnum; j++) if(G.arcs[j][k].adj != m) // 有入弧或边 { if(G.arcs[j][k].info) // 有相关信息 free(G.arcs[j][k].info); // 释放相关信息 G.arcnum--; // 修改弧数 } if(G.kind < 2) // 有向 for(j=0;j<G.vexnum;j++) if(G.arcs[k][j].adj!=m) // 有出弧 { if(G.arcs[k][j].info) // 有相关信息 free(G.arcs[k][j].info); // 释放相关信息 G.arcnum--; // 修改弧数 } for(j=k+1;j<G.vexnum;j++) // 序号k后面的顶点向量依次前移 strcpy(G.vexs[j-1],G.vexs[j]); for(i=0;i<G.vexnum;i++) for(j=k+1;j<G.vexnum;j++) G.arcs[i][j-1]=G.arcs[i][j]; // 移动待删除顶点之右的矩阵元素 for(i=0;i<G.vexnum;i++) for(j=k+1;j<G.vexnum;j++) G.arcs[j-1][i]=G.arcs[j][i]; // 移动待删除顶点之下的矩阵元素 G.vexnum--; // 更新图的顶点数 return OK; } // 初始条件:图G存在,v和w是G中两个顶点 // 操作结果:在G中增添弧<v,w>,若G是无向的,则还增添对称弧<w,v> Status InsertArc(MGraph &G,VertexType w) { int i,v1,w1; char s[MAX_INFO]; v1=LocateVex(G,v); // 尾 w1=LocateVex(G,w); // 头 if(v1<0||w1<0) return ERROR; G.arcnum++; // 弧或边数加1 if(G.kind%2) // 网 { printf("请输入此弧或边的权值: "); scanf("%d",&G.arcs[v1][w1].adj); } else // 图 G.arcs[v1][w1].adj=1; printf("是否有该弧或边的相关信息(0:无 1:有): "); scanf("%d%*c",&i); if(i) { printf("请输入该弧或边的相关信息(<%d个字符):",MAX_INFO); gets(s); l=strlen(s); if(l) { G.arcs[v1][w1].info=(char*)malloc((l+1)*sizeof(char)); strcpy(G.arcs[v1][w1].info,s); } } if(G.kind>1) // 无向 { G.arcs[w1][v1].adj=G.arcs[v1][w1].adj; G.arcs[w1][v1].info=G.arcs[v1][w1].info; // 指向同一个相关信息 } return OK; } // 初始条件:图G存在,v和w是G中两个顶点 // 操作结果:在G中删除弧<v,w>,若G是无向的,则还删除对称弧<w,v> Status DeleteArc(MGraph &G,VertexType w) { int v1,w1,j=0; if(G.kind%2) // 网 j=INFINITY; v1=LocateVex(G,w); // 头 if(v1<0||w1<0) // v1、w1的值不合法 return ERROR; G.arcs[v1][w1].adj=j; if(G.arcs[v1][w1].info) // 有其它信息 { free(G.arcs[v1][w1].info); G.arcs[v1][w1].info=NULL; } if(G.kind>=2) // 无向,删除对称弧<w,v> { G.arcs[w1][v1].adj=j; G.arcs[w1][v1].info=NULL; } G.arcnum--; // 弧数-1 return OK; } // 从第v个顶点出发递归地深度优先遍历图G。算法7.5 void DFS(MGraph G,int v) { int w; visited[v] = TRUE; // 设置访问标志为TRUE(已访问) VisitFunc(G.vexs[v]); // 访问第v个顶点 for(w = FirstAdjVex(G,G.vexs[v]); w >= 0; w = NextAdjVex(G,G.vexs[v],G.vexs[w])) if(!visited[w]) DFS(G,w); // 对v的尚未访问的序号为w的邻接顶点递归调用DFS } // 初始条件:图G存在,Visit是顶点的应用函数。算法7.4 // 操作结果:从第1个顶点起,深度优先遍历图G,并对每个顶点调用函数Visit一次且仅一次 void DFSTraverse(MGraph G,void(*Visit)(VertexType)) { int v; VisitFunc=Visit; // 使用全局变量VisitFunc,使DFS不必设函数指针参数 for(v=0;v<G.vexnum;v++) visited[v]=FALSE; // 访问标志数组初始化(未被访问) for(v=0;v<G.vexnum;v++) if(!visited[v]) DFS(G,v); // 对尚未访问的顶点v调用DFS printf("\n"); } // typedef VRType QElemType; // 队列元素类型 // 初始条件:图G存在,Visit是顶点的应用函数。算法7.6 // 操作结果:从第1个顶点起,按广度优先非递归遍历图G,并对每个顶点调用函数Visit一次且仅一次 void BFSTraverse(MGraph G,void(*Visit)(VertexType)) { int v,u,w; LinkQueue Q; // 使用辅助队列Q和访问标志数组visited for(v=0;v<G.vexnum;v++) visited[v]=FALSE; // 置初值 InitQueue(Q); // 置空的辅助队列Q for(v=0;v<G.vexnum;v++) if(!visited[v]) // v尚未访问 { visited[v]=TRUE; // 设置访问标志为TRUE(已访问) Visit(G.vexs[v]); EnQueue(Q,v); // v入队列 while(!QueueEmpty(Q)) // 队列不空 { DeQueue(Q,u); // 队头元素出队并置为u for(w = FirstAdjVex(G,G.vexs[u]); w >= 0; w=NextAdjVex(G,G.vexs[u],G.vexs[w])) if(!visited[w]) // w为u的尚未访问的邻接顶点的序号 { visited[w]=TRUE; Visit(G.vexs[w]); EnQueue(Q,w); } } } printf("\n"); } // 输出邻接矩阵存储表示的图G void Display(MGraph G) { int i,j; char s[7]; switch(G.kind) { case DG: strcpy(s,"有向图"); break; case DN: strcpy(s,"有向网"); break; case UDG:strcpy(s,"无向图"); break; case UDN:strcpy(s,"无向网"); } printf("%d个顶点%d条边或弧的%s。顶点依次是: ",G.arcnum,s); for(i=0;i<G.vexnum;++i) // 输出G.vexs printf("%s ",G.vexs[i]); printf("\nG.arcs.adj:\n"); // 输出G.arcs.adj for(i=0;i<G.vexnum;i++) { for(j=0;j<G.vexnum;j++) printf("%11d",G.arcs[i][j].adj); printf("\n"); } printf("G.arcs.info:\n"); // 输出G.arcs.info printf("顶点1(弧尾) 顶点2(弧头) 该边或弧的信息:\n"); for(i=0;i<G.vexnum;i++) if(G.kind<2) // 有向 { for(j=0;j<G.vexnum;j++) if(G.arcs[i][j].info) printf("%5s %11s %s\n",G.vexs[i],G.vexs[j],G.arcs[i][j].info); } // 加括号为避免if-else对配错 else // 无向,输出上三角 for(j=i+1;j<G.vexnum;j++) if(G.arcs[i][j].info) printf("%5s %11s %s\n",G.arcs[i][j].info); } void visit(VertexType i) { printf("%s ",i); } int main() { int i,n; MGraph g; VertexType v1,v2; printf("请顺序选择有向图,无向网\n"); for(i=0;i<4;i++) // 验证4种情况 { CreateGraph(g); // 构造图g Display(g); // 输出图g printf("插入新顶点,请输入顶点的值: "); scanf("%s",v1); InsertVex(g,v1); printf("插入与新顶点有关的弧或边,请输入弧或边数: "); scanf("%d",&n); for(k=0;k<n;k++) { printf("请输入另一顶点的值: "); scanf("%s",v2); if(g.kind<=1) // 有向 { printf("对于有向图或网,请输入另一顶点的方向(0:弧头 1:弧尾): "); scanf("%d",&j); if(j) // v2是弧尾 InsertArc(g,v2,v1); else // v2是弧头 InsertArc(g,v2); } else // 无向 InsertArc(g,v2); } Display(g); // 输出图g printf("删除顶点及相关的弧或边,请输入顶点的值: "); scanf("%s",v1); DeleteVex(g,v1); Display(g); // 输出图g } DestroyGraph(g); // 销毁图g }