数据结构第七章 图幻灯片.ppt
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1、数据结构第七章 图第1页,共88页,编辑于2022年,星期六 图图是由一个是由一个顶点集顶点集 V 和一个和一个弧集弧集 R构成的数构成的数据结构。据结构。Graph=(V,R)其中,VR|v,wV 且 P(v,w)表示从 v 到 w 的一条弧,并称 v 为弧头弧头,w 为弧尾弧尾。谓词 P(v,w)定义了弧 的意义或信息。7.1 图的定义和术语图的定义和术语第2页,共88页,编辑于2022年,星期六 由于“弧”是有方向的,因此称由顶点集和弧集构成的图为有向图有向图。AB E C D例如例如:G1=(V1,VR1)其中V1=A,B,C,D,EVR1=,第3页,共88页,编辑于2022年,星期六
2、若VR 必有VR,则称(v,w)为顶点v 和顶点 w 之间存在一条边边。B CA D F E由顶点集和边集构成的图称作无无向图向图。例如:G2=(V2,VR2)V2=A,B,C,D,E,FVR2=,第4页,共88页,编辑于2022年,星期六名词和术语名词和术语网、子图 完全图、稀疏图、稠密图邻接点、度、入度、出度路径、路径长度、简单路径、简单回路连通图、连通分量、强连通图、强连通分量生成树、生成森林第5页,共88页,编辑于2022年,星期六ABECFAEFBBC设图G=(V,VR)和图 G=(V,VR),且 VV,VRVR,则称 G 为 G 的子图子图。1597211132 弧或边带权的图分别
3、称作有向网有向网或无向无向网网。第6页,共88页,编辑于2022年,星期六假设图中有 n 个顶点,e 条边,则 含有 e=n(n-1)/2 条边的无向图称作完完全图全图;含有 e=n(n-1)条弧的有向图称作 有有向完全图向完全图;若边或弧的个数 enlogn,则称作稀疏图稀疏图,否则称作稠密图稠密图。第7页,共88页,编辑于2022年,星期六 假若顶点v 和顶点w 之间存在一条边,则称顶点v 和w 互为邻接点邻接点,ACDFE例如例如:ID(B)=3ID(A)=2 边(v,w)和顶点v 和w 相关联关联。和顶点v 关联的边的数目边的数目定义为边的度度。B第8页,共88页,编辑于2022年,星
4、期六顶点的出度出度:以顶点v为弧尾的弧的数目;ABECF对有向图来说对有向图来说,顶点的入度入度:以顶点v为弧头的弧的数目。顶点的度度(TD)=)=出度出度(OD)+)+入度入度(ID)例如例如:ID(B)=2OD(B)=1TD(B)=3第9页,共88页,编辑于2022年,星期六设图G=(V,VR)中的一个顶点序列 u=vi,0,vi,1,vi,m=w中,(vi,j-1,vi,j)VR 1jm,则称从顶点u 到顶点w 之间存在一条路径路径。路径上边的数目称作路径长度路径长度。ABECF如如:长度为3的路径A,B,C,F简单路径简单路径:序列中顶点不重复出现的路径。简单回路简单回路:序列中第一个
5、顶点和最后一个顶点相同的路径。第10页,共88页,编辑于2022年,星期六若图G中任意两个顶点之间都有路径相通,则称此图为连通图连通图;若无向图为非连通图,则图中各个极大连通子图称作此图的连通分量连通分量。BACDFEBACDFE第11页,共88页,编辑于2022年,星期六 若任意两个顶点之间都存在一条有向路径,则称此有向图为强连通图强连通图。ABECFABECF对有向图,对有向图,否则,其各个强连通子图称作它的强连强连通分量通分量。第12页,共88页,编辑于2022年,星期六 假设一个连通图有 n 个顶点和 e 条边,其中 n-1 条边和 n 个顶点构成一个极小连通子图,称该极小连通子图为此
6、连通图的生生成树成树。对非连通图,则称由各个连通分量的生成树的集合为此非连通图的生成森林生成森林。BACDFE第13页,共88页,编辑于2022年,星期六结构的建立和销毁结构的建立和销毁插入或删除顶点插入或删除顶点对邻接点的操作对邻接点的操作对顶点的访问操作对顶点的访问操作遍历遍历插入和删除弧插入和删除弧基本操作基本操作第14页,共88页,编辑于2022年,星期六CreatGraph(&G,V,VR):/按定义(V,VR)构造图DestroyGraph(&G):/销毁图结构的建立和销毁结构的建立和销毁第15页,共88页,编辑于2022年,星期六对顶点的访问操作对顶点的访问操作LocateVex
7、(G,u);/若G中存在顶点u,则返回该顶点在/图中“位置位置”;否则返回其它信息。GetVex(G,v);/返回 v 的值。PutVex(&G,v,value);/对 v 赋值value。第16页,共88页,编辑于2022年,星期六对邻接点的操作对邻接点的操作FirstAdjVex(G,v);/返回 v 的“第一个邻接点第一个邻接点”。若该顶点/在 G 中没有邻接点,则返回“空”。NextAdjVex(G,v,w);/返回 v 的(相对于 w 的)“下一个邻接下一个邻接/点点”。若 w 是 v 的最后一个邻接点,则/返回“空”。第17页,共88页,编辑于2022年,星期六插入或删除顶点插入或
8、删除顶点InsertVex(&G,v);/在图G中增添新顶点v。DeleteVex(&G,v);/删除G中顶点v及其相关的弧。第18页,共88页,编辑于2022年,星期六插入和删除弧插入和删除弧InsertArc(&G,v,w);/在G中增添弧,若G是无向的,/则还增添对称弧。DeleteArc(&G,v,w);/在G中删除弧,若G是无向的,/则还删除对称弧。第19页,共88页,编辑于2022年,星期六遍遍 历历DFSTraverse(G,v,Visit();/从顶点v起深度优先深度优先遍历图G,并对每/个顶点调用函数Visit一次且仅一次。BFSTraverse(G,v,Visit();/从
9、顶点v起广度优先广度优先遍历图G,并对每/个顶点调用函数Visit一次且仅一次。第20页,共88页,编辑于2022年,星期六7.2 图的存储表示图的存储表示一、一、图的数组(邻接矩阵)存储表示二、图的邻接表存储表示三、有向图的十字链表存储表示 四、无向图的邻接多重表存储表示第21页,共88页,编辑于2022年,星期六Aij=0 (i,j)VR1 (i,j)VR一、一、图的数组(邻接矩阵)存储表示BACDFE定义定义:矩阵的元素为矩阵的元素为第22页,共88页,编辑于2022年,星期六有向图的邻接矩阵为有向图的邻接矩阵为非对称矩阵非对称矩阵ABECF第23页,共88页,编辑于2022年,星期六
10、typedef struct ArcCell /弧的定义弧的定义 VRType adj;/VRType是顶点关系类型。/对无权图,用1或0表示相邻否;/对带权图,则为权值类型。InfoType *info;/该弧相关信息的指针 ArcCell,AdjMatrixMAX_VERTEX_NUM MAX_VERTEX_NUM;第24页,共88页,编辑于2022年,星期六typedef struct /图的定义图的定义 VertexType /顶点信息 vexsMAX_VERTEX_NUM;AdjMatrix arcs;/弧的信息 int vexnum,arcnum;/顶点数,弧数 GraphKind
11、 kind;/图的种类标志 MGraph;第25页,共88页,编辑于2022年,星期六0 A 1 41 B 0 4 52 C 3 53 D 2 54 E 0 15 F 1 2 3BACDFE二、图的邻接表二、图的邻接表 存储表示存储表示第26页,共88页,编辑于2022年,星期六1 4230 120 1 2 3 4 A B C D E有向图的邻接表有向图的邻接表ABECF可见,在有向图的邻接表中不易找到指向该顶点的弧。第27页,共88页,编辑于2022年,星期六ABECD有向图的逆邻接表有向图的逆邻接表A B C D E 303420 01234在有向图的邻接表中,对每个顶点,链接的是指向该顶
12、点的弧。第28页,共88页,编辑于2022年,星期六typedef struct ArcNode int adjvex;/该弧所指向的顶点的位置 struct ArcNode *nextarc;/指向下一条弧的指针 InfoType *info;/该弧相关信息的指针 ArcNode;adjvex nextarc info弧的结点结构弧的结点结构第29页,共88页,编辑于2022年,星期六typedef struct VNode VertexType data;/顶点信息 ArcNode *firstarc;/指向第一条依附该顶点的弧 VNode,AdjListMAX_VERTEX_NUM;da
13、ta firstarc顶点的结点结构顶点的结点结构第30页,共88页,编辑于2022年,星期六typedef struct AdjList vertices;int vexnum,arcnum;int kind;/图的种类标志 ALGraph;图的结构定义图的结构定义第31页,共88页,编辑于2022年,星期六三、有向图的十字链表存储表示三、有向图的十字链表存储表示 弧的结点结构弧的结点结构弧尾顶点位置 弧头顶点位置 弧的相关信息指向下一个有相同弧尾有相同弧尾的结点指向下一个有相同弧头有相同弧头的结点typedef struct ArcBox /弧的结构表示弧的结构表示 int tailvex
14、,headvex;InfoType *info;struct ArcBox *hlink,*tlink;VexNode;第32页,共88页,编辑于2022年,星期六顶点的结点结构顶点的结点结构顶点信息数据 指向该顶点的第一条入弧第一条入弧指向该顶点的第一条出弧第一条出弧typedef struct VexNode /顶点的结构表示顶点的结构表示 VertexType data;ArcBox *firstin,*firstout;VexNode;第33页,共88页,编辑于2022年,星期六typedef struct VexNode xlistMAX_VERTEX_NUM;/顶点结点(表头向量)
15、int vexnum,arcnum;/有向图的当前顶点数和弧数 OLGraph;有向图的结构表示有向图的结构表示(十字链表十字链表)第34页,共88页,编辑于2022年,星期六四、无向图的邻接多重表存储表示typedef struct Ebox VisitIf mark;/访问标记 int ivex,jvex;/该边依附的两个顶点的位置 struct EBox *ilink,*jlink;InfoType *info;/该边信息指针 EBox;边的结构表示边的结构表示第35页,共88页,编辑于2022年,星期六typedef struct /邻接多重表邻接多重表 VexBox adjmulis
16、tMAX_VERTEX_NUM;int vexnum,edgenum;AMLGraph;顶点的结构表示顶点的结构表示typedef struct VexBox VertexType data;EBox *firstedge;/指向第一条依附该顶点的边 VexBox;无向图的结构表示无向图的结构表示第36页,共88页,编辑于2022年,星期六7.3 图的遍历图的遍历 从图中某个顶点出发游历图,访遍图中其余顶点,并且使图中的每个顶点仅被访问一次的过程。深度优先搜索深度优先搜索广度优先搜索广度优先搜索遍历应用举例遍历应用举例第37页,共88页,编辑于2022年,星期六 从图中某个顶点V0 出发,访问
17、此顶点,然后依次从依次从V0的各个未被访问的邻接点出发的各个未被访问的邻接点出发深度优先搜索遍历图深度优先搜索遍历图,直至图中所有和V0有路径相通的顶点都被访问到。一、深度优先搜索遍历图一、深度优先搜索遍历图连通图的深度优先搜索遍历连通图的深度优先搜索遍历第38页,共88页,编辑于2022年,星期六Vw1SG1SG2SG3W1、W2和W3 均为 V 的邻接点,SG1、SG2 和 SG3 分别为含顶点W1、W2和W3 的子图。访问顶点 V:for(W1、W2、W3)若该邻接点W未被访问,则从它出发进行深度优先搜索遍历。w2w3w2第39页,共88页,编辑于2022年,星期六从上页的图解可见从上页
18、的图解可见:1.从深度优先搜索遍历连通图的过程类似于树的先根遍历;解决的办法是:为每个顶点设立一个“访问标志 visitedw”。2.如何判别V的邻接点是否被访问?第40页,共88页,编辑于2022年,星期六void DFS(Graph G,int v)/从顶点从顶点v出发,出发,深度优先搜索遍历连通图深度优先搜索遍历连通图 G visitedv=TRUE;VisitFunc(v);for(w=FirstAdjVex(G,v);w!=0;w=NextAdjVex(G,v,w)if(!visitedw)DFS(G,w);/对v的尚未访问的邻接顶点w /递归调用DFS/DFS第41页,共88页,编
19、辑于2022年,星期六 首先将图中每个顶点的访问标志设为 FALSE,之后搜索图中每个顶点,如果未被访问,则以该顶点为起始点,进行深度优先搜索遍历,否则继续检查下一顶点。非连通图的深度优先搜索遍历非连通图的深度优先搜索遍历第42页,共88页,编辑于2022年,星期六void DFSTraverse(Graph G,Status(*Visit)(int v)/对图对图 G 作深度优先遍历。作深度优先遍历。VisitFunc=Visit;for(v=0;vG.vexnum;+v)visitedv=FALSE;/访问标志数组初始化 for(v=0;vw1,V-w2,V-w8 的路径长度为1;V-w7
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