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数据结构图

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图是一种比线性表和树更复杂的数据结构,在图中,结点之间的关系是任意的,任意两个数据元素之间都可能相关。图是一种多对多的数据结构。
1、基本概念
图(Graph)是由顶点的有穷非空集合和顶点之间边的集合组成,通常表示为:G(V,E),其中,G表示一个图,V是图G中顶点的集合,E是图G中边的集合。
注意:线性表中可以没有元素,称为空表。树中可以没有结点,叫做空树。但是在图中不允许没有顶点,可以没有边。
基本术语:
无向边:若顶点Vi和Vj之间的边没有方向,称这条边为无向边(Edge),用(Vi,Vj)来表示。
无向图(Undirected graphs):图中任意两个顶点的边都是无向边。
有向边:若从顶点Vi到Vj的边有方向,称这条边为有向边,也称为弧(Arc),用<Vi, Vj>来表示,其中Vi称为弧尾(Tail),Vj称为弧头(Head)。
有向图(Directed graphs):图中任意两个顶点的边都是有向边。
简单图:不存在自环(顶点到其自身的边)和重边(完全相同的边)的图
无向完全图:无向图中,任意两个顶点之间都存在边。
有向完全图:有向图中,任意两个顶点之间都存在方向相反的两条弧。
稀疏图;有很少条边或弧的图称为稀疏图,反之称为稠密图。
权(Weight):表示从图中一个顶点到另一个顶点的距离或耗费。
网:带有权重的图
度:与特定顶点相连接的边数;
出度、入度:有向图中的概念,出度表示以此顶点为起点的边的数目,入度表示以此顶点为终点的边的数目;
环:第一个顶点和最后一个顶点相同的路径;
简单环:除去第一个顶点和最后一个顶点后没有重复顶点的环;
连通图:任意两个顶点都相互连通的图;
极大连通子图:包含竟可能多的顶点(必须是连通的),即找不到另外一个顶点,使得此顶点能够连接到此极大连通子图的任意一个顶点;
连通分量:极大连通子图的数量;
强连通图:此为有向图的概念,表示任意两个顶点a,b,使得a能够连接到b,b也能连接到a 的图;
生成树:n个顶点,n-1条边,并且保证n个顶点相互连通(不存在环);
最小生成树:此生成树的边的权重之和是所有生成树中最小的;
AOV网(
Activity On Vertex Network ):在有向图中若以顶点表示活动,有向边表示活动之间的先后关系
AOE网(
Activity On Edge Network):在带权有向图中若以顶点表示事件,有向边表示活动,边上的权值表示该活动持续的时间
2、图的存储结构
由于图的结构比较复杂,任意两个顶点之间都可能存在关系,因此用简单的顺序存储来表示图是不可能,而若使用多重链表的方式(即一个数据域多个指针域的结点来表示),这将会出现严重的空间浪费或操作不便。这里总结一下常用的表示图的方法:
2.1、邻接矩阵
图的邻接矩阵(Adjacency Matrix)存储方式是用两个数组来表示图。一个一维数组存储图中顶点信息,一个二维数组(称邻接矩阵)存储图中的边或弧的信息。


IP属地:安徽1楼2018-12-18 15:51回复
    无向图由于边不区分方向,所以其邻接矩阵是一个对称矩阵。邻接矩阵中的0表示边不存在,主对角线全为0表示图中不存在自环。
    带权有向图的邻接矩阵:
    在带权有向图的邻接矩阵中,数字表示权值weight,「无穷」表示弧不存在。由于权值可能为0,所以不能像在无向图的邻接矩阵中那样使用0来表示弧不存在。
    public class Digraph { private int vertexsNum; private int edgesNum; private int[][] arc; public Digraph(int[][] data, int vertexsNum) { this.vertexsNum = vertexsNum; this.edgesNum = data.length; arc = new int[vertexsNum][vertexsNum]; for (int i = 0; i < vertexsNum; i++) { for (int j = 0; j < vertexsNum; j++) { arc[i][j] = Integer.MAX_VALUE; } } for (int i = 0; i < data.length; i++) { int tail = data[i][0]; int head = data[i][1]; arc[tail][head] = 1; } } //用于测试,返回一个顶点的邻接点 public Iterable<Integer> adj(int vertex) { Set<Integer> set = new HashSet<>(); for (int i = 0; i < vertexsNum; i++) { if (arc[vertex][i] != Integer.MAX_VALUE) set.add(i); } return set; } public static void main(String[] args) { int[][] data = { {0,3}, {1,0}, {1,2}, {2,0}, {2,1}, }; Digraph wd = new Digraph(data,4); for(int i :wd.adj(1)) { System.out.println(i); } }}
    优缺点:
    优点:结构简单,操作方便
    缺点:对于稀疏图,这种实现方式将浪费大量的空间。


    IP属地:安徽2楼2018-12-18 15:54
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        IP属地:安徽4楼2018-12-18 15:58
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