观察下面两个无向图:
1.png
这两个图其实是一样的,只是画法不同罢了。第一张图更有立体感,第二张图更有层次感,并且把A点置为顶点(事实上图的任何一点都可以做为顶点)。
一、用数组来存放顶点
vexs[0] = ‘A’ vexs[1] = ‘B’ vexs[2] = ‘C’ vexs[3] = ‘D’ vexs[4] = ‘E’ vexs[5] = ‘F’ vexs[6] = ‘G’ vexs[7] = ‘H’ vexs[8] = ‘I’
二、用邻接矩阵来表示边
2.png
上面这个矩阵中,0表示每个顶点没有到达自己的路径。1表示两个顶点之间有路径,无穷大表示两个顶点之间没有路径。
假如按照程序计数习惯,行或列都从0数起。
第0行第0列为0,表示A到它本身之间没有路径(这是人为规定的,因为A到它自身不需要路径)。
第0行第1列为1,表示顶点A和B之间有路径。
第0行第5列为1,表示顶点A和顶点F之间有路径。
第0行其他列为无穷大,表示A到其它点之间没有路径。
……
因为是无向图,邻接矩阵必然有两个特点:
① 对角线(左上角到右下角)上的元素值全为0.表示每个点到它自身没有(或不需要)路径。
② 其它的元素关于对角线对称。
上面的邻接矩阵,在编程时可以用二维数组来实现:
arc[0][1] = arc[1][0] = 1; arc[0][5] = arc[5][0] =1; arc[1][2] = arc[2][1] = 1; arc[1][6] = arc[6][1] = 1; arc[1][8] = arc[8][1] = 1; arc[2][3] = arc[3][2] = 1; arc[2][8] = arc[8][2] = 1; arc[3][4] = arc[4][3] = 1; arc[3][6] = arc[6][3] = 1; arc[3][7] = arc[7][3] = 1; arc[3][8] = arc[8][3] = 1; arc[4][5] = arc[5][4] = 1; arc[4][7] = arc[7][4] = 1; arc[5][6] = arc[6][5] = 1; arc[6][7] = arc[7][6] = 1;
三、深度优先遍历
可以使用递归的方法进行深度遍历。
观察图(1)中的左图,假如从顶点A开始,从A找到相邻的B,从B找到相邻的C,从C找到相邻的D,从D找到相邻的E,从E找到邻接点F,从F找到相邻的G,从G找到相邻的H。
H有三个相邻的点D、E、G。这三个点都已经遍历过了。所以回退到上一顶点G。
G有三个相邻的顶点D、F、H。这三个点也都已经遍历过了。回退到上一顶点F。
F有两个相邻的顶点E、G,都已经遍历过了。回退到上个顶点E。
E点有两个相邻的顶点D、F,都已经遍历过了。回退到上个顶点D。
D点有五个相邻的顶点C、E、H、G、I。除了I外,其余四个顶点已经遍历过了。所以这一次遍历I。
I遍历完之后回到D点,从D点回到C点。
C点有三个相邻的顶点B、D、I,都已经遍历过了,回退到B点。
B点有四个相邻的顶点A、C、G、I,都已经遍历过了,回退到A点。
A点有两个相邻的顶点B、F,都已经遍历过了。递归都此结束。
得到深度优先遍历的顺序为:A B C D E F G H I
四、广度优先遍历
广度优先遍历需要借助于另外的数据结构队列。当把图中的顶点放到队列中时,表示这个顶点被遍历了(可以把顶点的值打印出来)。
用图1中的右图来分析广度优先遍历更方便,因为右图的层次结构更明显。
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起初,把点A放入队列中,A被遍历。如上图中的(1)所示。
接着把队首元素A出队,把A的下一层的顶点B和F移进队列,B和F被遍历。如上图中的(2)所示。
队首元素B出队,B的下一层顶点C,G,I相继入队,C、G和I被遍历。如上图中的(3)所示。
队首元素F出队,F的下一层顶点E入队,E被遍历。如上图中的(5)所示。
队首元素C出队,C的下一层顶点D入队,D被遍历。如上图中的(6)所示。
队首元素G出队,G的下一层有两个顶点:D和H。D已在队列里,H入队,H被遍历。如上图中的(4)所示。
队首元素I出队,I的下一层顶点D已在队列里,没有新顶点入队。如上图中的(7)所示。
队首元素E出队,E的下一层顶点D和H都已在队列里,没有新顶点入队。如上图中的(8)所示。
队首元素D出队,D没有下一层顶点,所以没有新顶点入队。如上图中的(9)所示。
队首元素H出队,H没有下一层顶点,所以没有新顶点入队。此时队列为空,遍历结束。
最终,广度优先遍历的顺序即入队列(或出队列)的顺序:A B F C G I E D H
五、完整代码
#include "stdio.h"#define OK 1#define ERROR 0#define TRUE 1#define FALSE 0#define MAXSIZE 9 /* 存储空间初始分配量 */#define MAXEDGE 15#define MAXVEX 9#define INFINITY 65535typedef int Status; /* Status 是函数的类型,其值是函数结果状态代码,如 OK 等 */typedef int Boolean; /* Boolean 是布尔类型,其值是 TRUE 或 FALSE */typedef char VertexType; /* 顶点类型应由用户定义 */typedef int EdgeType; /* 边上的权值类型应由用户定义 */typedef struct{ VertexType vexs[MAXVEX]; /* 顶点表 */ EdgeType arc[MAXVEX][MAXVEX];/* 邻接矩阵,可看作边表 */ int numVertexes, numEdges; /* 图中当前的顶点数和边数 */}MGraph;/* 用到的队列结构与函数********************************** *//* 循环队列的顺序存储结构 */typedef struct{ int data[MAXSIZE]; int front; /* 头位置标识,相当于头指针 */ int rear; /* 尾位置标识,相当于尾指针。若队列不为空,指向队列尾元素的下一个位置 */}Queue;/* 初始化一个空队列 Q */Status InitQueue(Queue *Q){ Q->front=0; Q->rear=0; return OK; }/* 若队列 Q 为空队列,则返回 TRUE,否则返回 FALSE */Status QueueEmpty(Queue Q){ if(Q.front==Q.rear) /* 队列空的标志 */ return TRUE; else return FALSE; }/* 若队列未满,则插入元素 e 为 Q 新的队尾元素 */Status EnQueue(Queue *Q,int e){ if ((Q->rear+1)%MAXSIZE == Q->front) /* 队列满的判断 */ return ERROR; Q->data[Q->rear]=e; /* 将元素 e 赋值给队尾 */ Q->rear=(Q->rear+1)%MAXSIZE;/* rear 指针向后移一位置,若到最后则转到数组头部 */ return OK; }/* 若队列不为空,则删除 Q 中队头元素,用e返回其值 */Status DeQueue(Queue *Q,int *e){ if (Q->front == Q->rear) /* 队列空的判断 */ return ERROR; *e=Q->data[Q->front]; /* 将队头元素赋值给 e */ Q->front=(Q->front+1)%MAXSIZE; /* front 指针向后移一位置,若到最后则转到数组头部 */ return OK; }void CreateMGraph(MGraph *G){ int i, j; G->numEdges=15; G->numVertexes=9; /* 读入顶点信息,建立顶点表 */ G->vexs[0]='A'; G->vexs[1]='B'; G->vexs[2]='C'; G->vexs[3]='D'; G->vexs[4]='E'; G->vexs[5]='F'; G->vexs[6]='G'; G->vexs[7]='H'; G->vexs[8]='I'; for (i = 0; i < G->numVertexes; i++)/* 初始化图 */ { for ( j = 0; j < G->numVertexes; j++) { G->arc[i][j]=0; } } G->arc[0][1]=1; G->arc[0][5]=1; G->arc[1][2]=1; G->arc[1][6]=1; G->arc[1][8]=1; G->arc[2][3]=1; G->arc[2][8]=1; G->arc[3][4]=1; G->arc[3][6]=1; G->arc[3][7]=1; G->arc[3][8]=1; G->arc[4][5]=1; G->arc[4][7]=1; G->arc[5][6]=1; G->arc[6][7]=1; for(i = 0; i < G->numVertexes; i++) { for(j = i; j < G->numVertexes; j++) { G->arc[j][i] =G->arc[i][j]; } } } Boolean visited[MAXVEX]; /* 访问标志的数组 *//* 邻接矩阵的深度优先递归算法 */void DFS(MGraph G, int i){ int j; visited[i] = TRUE; printf("%c ", G.vexs[i]);/* 打印顶点,也可以其它操作 */ for(j = 0; j < G.numVertexes; j++) if(G.arc[i][j] == 1 && !visited[j]) DFS(G, j);/* 对未访问的邻接顶点递归调用 */}/* 邻接矩阵的深度遍历算法 */void DFSTraverse(MGraph G){ int i; for(i = 0; i < G.numVertexes; i++) visited[i] = FALSE; /* 初始所有顶点状态都是未访问过状态 */ for(i = 0; i < G.numVertexes; i++) if(!visited[i]) /* 对未访问过的顶点调用 DFS,若是连通图,只会执行一次 */ DFS(G, i); }/* 邻接矩阵的广度遍历算法 */void BFSTraverse(MGraph G){ int i, j; Queue Q; for(i = 0; i < G.numVertexes; i++) visited[i] = FALSE; InitQueue(&Q); /* 初始化一辅助用的队列 */ for(i = 0; i < G.numVertexes; i++) /* 对每一个顶点做循环 */ { if (!visited[i]) /* 若是未访问过就处理 */ { visited[i]=TRUE; /* 设置当前顶点访问过 */ printf("%c ", G.vexs[i]);/* 打印顶点,也可以其它操作 */ EnQueue(&Q,i); /* 将此顶点入队列 */ while(!QueueEmpty(Q)) /* 若当前队列不为空 */ { DeQueue(&Q,&i); /* 将队对元素出队列,赋值给 i */ for(j=0;j<G.numVertexes;j++) { /* 判断其它顶点若与当前顶点存在边且未访问过 */ if(G.arc[i][j] == 1 && !visited[j]) { visited[j]=TRUE; /* 将找到的此顶点标记为已访问*/ printf("%c ", G.vexs[j]); /* 打印顶点 */ EnQueue(&Q,j); /* 将找到的此顶点入队列 */ } } } } } }int main(void){ MGraph G; CreateMGraph(&G); printf("\n 深度遍历:"); DFSTraverse(G); printf("\n 广度遍历:"); BFSTraverse(G); return 0; }
运行结果:
深度遍历:A B C D E F G H I 广度遍历:A B F C G I E D H
作者:海天一树X
链接:https://www.jianshu.com/p/ded75497a056
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