第 13 章 图

1、图基本介绍

1.1、为什么要有图

  • 前面我们学了线性表和树
  • 线性表局限于一个直接前驱和一个直接后继的关系
  • 树也只能有一个直接前驱也就是父节点
  • 当我们需要表示多对多的关系时, 这里我们就用到了图

    1.2、图的举例说明

  • 图是一种数据结构,其中结点可以具有零个或多个相邻元素。两个结点之间的连接称为边结点也可以称为顶点。如图:

image.png

1.3、图的常用概念

  • 顶点(vertex)
  • 边(edge)
  • 路径
  • 无向图(右图)
  • 无向图: 顶点之间的连接没有方向,比如A-B,即可以是 A-> B 也可以 B->A
  • 路径:比如从 D -> C 的路径有
    • D->B->C
    • D->A->B->C

image.png

  • 有向图:顶点之间的连接有方向,比如A-B,只能是 A-> B 不能是 B->A

image.png

  • 带权图:这种边带权值的图也叫

image.png

2、图的表示方式

  • 图的表示方式有两种:二维数组表示(邻接矩阵);链表表示(邻接表

    2.1、邻接矩阵

  • 邻接矩阵是表示图形中顶点之间相邻关系的矩阵,对于n个顶点的图而言,矩阵是的row和col表示的是1…n个点

image.png

2.2、邻接表

  • 邻接矩阵需要为每个顶点都分配n个边的空间,其实有很多边都是不存在,会造成空间的一定损失
  • 邻接表的实现只关心存在的边,不关心不存在的边。因此没有空间浪费,邻接表由数组+链表组成
  • 邻接表说明:
  • 标号为0的结点的相关联的结点为 1 2 3 4
  • 标号为1的结点的相关联结点为 0 4
  • 标号为2的结点相关联的结点为 0 4 5
  • image.png

    3、图的创建

    3.1、代码思路

  • 邻接矩阵法:

    • 存储顶点:ArrayList
    • 存储矩阵:int[][]
    • 存储边数:Integer

image.png

3.2、图的定义

  • 图的定义:

    • vertexList :存储顶点集合
    • edges :邻结矩阵
    • numOfEdges :边的数目(每添加一条边,numOfEdges 加一) ```java class Graph {

      private ArrayList vertexList; //存储顶点集合 private int[][] edges; //存储图对应的邻结矩阵 private int numOfEdges; //表示边的数目

      //构造器 public Graph(int n) { //初始化矩阵和vertexList edges = new int[n][n]; vertexList = new ArrayList(n); numOfEdges = 0;

      }

      //插入结点 public void insertVertex(String vertex) { vertexList.add(vertex); } //添加边 /**

      • @param v1 第二个顶点对应的下标
      • @param v2 第二个顶点对应的下标
      • @param weight 表示权值,0:不连接;1:连接 */ public void insertEdge(int v1, int v2, int weight) { edges[v1][v2] = weight; edges[v2][v1] = weight; numOfEdges++; }

      //图中常用的方法 //返回结点的个数 public int getNumOfVertex() { return vertexList.size(); }

      // 得到边的数目 public int getNumOfEdges() { return numOfEdges; }

      // 返回结点i(下标)对应的数据 0->”A” 1->”B” 2->”C” public String getValueByIndex(int i) { return vertexList.get(i); }

      // 返回v1和v2的权值 public int getWeight(int v1, int v2) { return edges[v1][v2]; }

      // 显示图对应的矩阵 public void showGraph() { for (int[] link : edges) {

      1. System.out.println(Arrays.toString(link));

      } } }

  1. <a name="NGMDl"></a>
  2. ### 3.3、代码测试
  3. - 代码
  4. ```java
  5. public static void main(String[] args) {
  6. //测试一把图是否创建ok
  7. String Vertexs[] = {"A", "B", "C", "D", "E"};
  8. int n = Vertexs.length; //结点的个数
  9. // String Vertexs[] = {"1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8"};
  10. //创建图对象
  11. Graph graph = new Graph(n);
  12. //循环的添加顶点
  13. for(String vertex: Vertexs) {
  14. graph.insertVertex(vertex);
  15. }
  16. //添加边
  17. //A-B A-C B-C B-D B-E
  18. graph.insertEdge(0, 1, 1); // A-B
  19. graph.insertEdge(0, 2, 1); // A-C
  20. graph.insertEdge(1, 2, 1); // B-C
  21. graph.insertEdge(1, 3, 1); // B-D
  22. graph.insertEdge(1, 4, 1); // B-E
  23. //显示一把邻结矩阵
  24. graph.showGraph();
  25. }
  • 程序运行结果 ```java [0, 1, 1, 0, 0] [1, 0, 1, 1, 1] [1, 1, 0, 0, 0] [0, 1, 0, 0, 0] [0, 1, 0, 0, 0]
  1. <a name="WW2B6"></a>
  2. ## 4、图的遍历
  3. <a name="wNhvC"></a>
  4. ### 4.1、深度优先和广度优先
  5. - 图遍历介绍:**所谓图的遍历,即是对结点的访问**。一个图有那么多个结点,如何遍历这些结点,需要特定策略,一般有两种访问策略:
  6. - **深度优先**遍历
  7. - **广度优先**遍历
  8. <a name="v6hKe"></a>
  9. ### 4.2、图的深度优先遍历
  10. - 深度优先遍历基本思想,图的深度优先搜索(Depth First Search)
  11. - 深度优先遍历,从初始访问结点出发,初始访问结点可能有多个邻接结点,深度优先遍历的策略就是首先访问第一个邻接结点,然后再以这个被访问的邻接结点作为初始结点,访问它的第一个邻接结点, 可以这样理解:每次都在访问完当前结点后首先访问当前结点的第一个邻接结点。
  12. - 我们可以看到,这样的访问策略是优先往纵向挖掘深入,而不是对一个结点的所有邻接结点进行横向访问。
  13. - 显然,深度优先搜索是一个递归的过程
  14. <a name="R2C8h"></a>
  15. #### 4.2.1、代码思路
  16. 深度优先遍历算法步骤
  17. 访问初始结点 v ,并标记结点 v 为已访问。<br />查找结点 v 的第一个邻接结点 w<br />如果 w 存在<br />如果 w 未被访问过,先标记 w 已被访问过,然后把 w 当做下一个 v ,查找 w 的第一个邻接点,继续执行深度遍历(这是个递归的过程)<br />如果 w 已经被访问过,则跳过此节点<br />如果 w 不存在,说明 v 真的没有下一个邻接点了,已经到头了,我们回到节点 v ,将从v的下一个结点继续查找<br />经过如上步骤,图中可能还有其他顶点未被访问,继续从下一个顶点执行如上操作<br />如何找到当前顶点的下一个邻接点?<br />假设当前正在遍历的顶点索引为 i ,顶点 i 的边信息存储在 edges[][]数组中第 i 行<br />假设顶点 i 的当前遍历到的邻接点索引为 j ,即已经遍历到了 第 edges[i][j]处,需要从 edges[i][j]之后去找顶点 i 的下一个邻接点索引<br />[<br />](https://blog.csdn.net/oneby1314/article/details/107987955)<br />![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2022/png/2673847/1642993766919-eb7b7875-211c-4468-9e1a-32112dc20d9e.png#clientId=u14d1e0ee-4b4f-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&errorMessage=unknown%20error&from=paste&height=245&id=u2e304283&margin=%5Bobject%20Object%5D&name=image.png&originHeight=245&originWidth=646&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=27474&status=error&style=none&taskId=u5d743e05-c6dd-455a-ab81-944d7a985d3&title=&width=646)<br />举例说明:
  18. - 访问顶点 A 后输出 A ,A 的第一个邻接点是 B ,B 未被访问过,我们访问顶点 B
  19. ![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2022/png/2673847/1642993780093-d9d128ca-fbcb-47cb-a841-7daa4b249c68.png#clientId=u14d1e0ee-4b4f-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&errorMessage=unknown%20error&from=paste&height=306&id=u0cf9db23&margin=%5Bobject%20Object%5D&name=image.png&originHeight=306&originWidth=489&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=14937&status=error&style=none&taskId=u3af9b1c2-aec8-4831-b92d-8b7d07613ad&title=&width=489)
  20. - 访问顶点 B 后输出 A–> B
  21. - B 的第一个邻接点 A 已经被访问过了
  22. - B 的第二个邻接点 C 还未被访问过,我们访问节点 C
  23. ![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2022/png/2673847/1642993792371-c7dc66cb-df39-48d6-bfe9-c0162e88b173.png#clientId=u14d1e0ee-4b4f-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&errorMessage=unknown%20error&from=paste&height=277&id=u1c804859&margin=%5Bobject%20Object%5D&name=image.png&originHeight=277&originWidth=476&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=14146&status=error&style=none&taskId=u5bf5375b-585d-4bb2-8ce5-dc17380bbd4&title=&width=476)
  24. - 访问节点 C
  25. - C 的第一个邻接点是 A ,然而 A 已经访问过了
  26. - C 的下一个邻接点是 B ,然而 B 也已经访问过了
  27. - 除此之外,C 再也没有其他邻接点
  28. - 我们回到顶点 B ,访问节点 B 的下一个邻接点:顶点 D
  29. ![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2022/png/2673847/1642993805578-5ffed156-82c6-42a9-8d61-728536b0e411.png#clientId=u14d1e0ee-4b4f-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&errorMessage=unknown%20error&from=paste&height=267&id=ue78765b9&margin=%5Bobject%20Object%5D&name=image.png&originHeight=267&originWidth=526&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=15749&status=error&style=none&taskId=u5096b058-5e73-4b02-9d5d-2cbeacd30dd&title=&width=526)<br />访问顶点 D 后输出 A --> B --> C --> D ,D 没有邻接节点,所以又返回到顶点 B ,访问顶点 B 的下一个邻接点:顶点 E<br />访问顶点 E 后输出 A --> B --> C --> D --> E,E 没有邻接节点,所以又返回到顶点 B<br />B 的所有邻接点都访问过了,返回到顶点 A<br />以上所有操作仅是一轮,还需要再对图中其他顶点进行以上操作<br />![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2022/png/2673847/1642993825780-1752ec84-0cc4-4150-bd35-d734e6570402.png#clientId=u14d1e0ee-4b4f-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&errorMessage=unknown%20error&from=paste&height=245&id=u60483d15&margin=%5Bobject%20Object%5D&name=image.png&originHeight=245&originWidth=654&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=27349&status=error&style=none&taskId=uedc082b6-a3a1-4d02-8551-3d542941da4&title=&width=654)<br />总结:<br />假设初始状态是图中所有顶点均未被访问,则从某个顶点v出发,首先访问该顶点,然后依次从它的各个未被访问的邻接点出发深度优先搜索遍历图,直至图中所有和v有路径相通的顶点都被访问到。<br />若此时尚有其他顶点未被访问到,则另选一个未被访问的顶点作起始点(额,我实在想不到这种特例),重复上述过程,直至图中所有顶点都被访问到为止。<br />[<br />](https://blog.csdn.net/oneby1314/article/details/107987955)
  30. <a name="M9IIL"></a>
  31. #### 4.2.2、代码实现
  32. - 编写图的深度优先遍历
  33. ```java
  34. class Graph {
  35. private ArrayList<String> vertexList; //存储顶点集合
  36. private int[][] edges; //存储图对应的邻结矩阵
  37. private int numOfEdges; //表示边的数目
  38. //构造器
  39. public Graph(int n) {
  40. //初始化矩阵和vertexList
  41. edges = new int[n][n];
  42. vertexList = new ArrayList<String>(n);
  43. numOfEdges = 0;
  44. }
  45. //插入结点
  46. public void insertVertex(String vertex) {
  47. vertexList.add(vertex);
  48. }
  49. //添加边
  50. /**
  51. *
  52. * @param v1 第二个顶点对应的下标
  53. * @param v2 第二个顶点对应的下标
  54. * @param weight 表示权值,0:不连接;1:连接
  55. */
  56. public void insertEdge(int v1, int v2, int weight) {
  57. edges[v1][v2] = weight;
  58. edges[v2][v1] = weight;
  59. numOfEdges++;
  60. }
  61. //图中常用的方法
  62. //返回结点的个数
  63. public int getNumOfVertex() {
  64. return vertexList.size();
  65. }
  66. // 得到边的数目
  67. public int getNumOfEdges() {
  68. return numOfEdges;
  69. }
  70. // 返回结点i(下标)对应的数据 0->"A" 1->"B" 2->"C"
  71. public String getValueByIndex(int i) {
  72. return vertexList.get(i);
  73. }
  74. // 返回v1和v2的权值
  75. public int getWeight(int v1, int v2) {
  76. return edges[v1][v2];
  77. }
  78. // 显示图对应的矩阵
  79. public void showGraph() {
  80. for (int[] link : edges) {
  81. System.out.println(Arrays.toString(link));
  82. }
  83. }
  84. //得到第一个邻接结点的下标 w
  85. /**
  86. *
  87. * @param index
  88. * @return 如果存在就返回对应的下标,否则返回-1
  89. */
  90. public int getFirstNeighbor(int index) {
  91. for(int j = 0; j < vertexList.size(); j++) {
  92. if(edges[index][j] > 0) {
  93. return j;
  94. }
  95. }
  96. return -1;
  97. }
  98. //根据前一个邻接结点的下标来获取下一个邻接结点
  99. public int getNextNeighbor(int v1, int v2) {
  100. for(int j = v2 + 1; j < vertexList.size(); j++) {
  101. if(edges[v1][j] > 0) {
  102. return j;
  103. }
  104. }
  105. return -1;
  106. }
  107. //深度优先遍历算法
  108. //i 第一次就是 0
  109. private void dfs(boolean[] isVisited, int i) {
  110. //首先我们访问该结点,输出
  111. System.out.print(getValueByIndex(i) + "->");
  112. //将结点设置为已经访问
  113. isVisited[i] = true;
  114. //查找结点i的第一个邻接结点w
  115. int w = getFirstNeighbor(i);
  116. while(w != -1) {//说明有
  117. if(!isVisited[w]) {
  118. dfs(isVisited, w);
  119. }
  120. //如果w结点已经被访问过
  121. w = getNextNeighbor(i, w);
  122. }
  123. }
  124. //对dfs 进行一个重载, 遍历我们所有的结点,并进行 dfs
  125. public void dfs() {
  126. boolean[] isVisited = new boolean[vertexList.size()];
  127. //遍历所有的结点,进行dfs[回溯]
  128. for(int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++) {
  129. if(!isVisited[i]) {
  130. dfs(isVisited, i);
  131. }
  132. }
  133. }
  134. }
  • 测试代码 ```java public static void main(String[] args) { //测试一把图是否创建ok String Vertexs[] = {“A”, “B”, “C”, “D”, “E”}; int n = Vertexs.length; //结点的个数 // String Vertexs[] = {“1”, “2”, “3”, “4”, “5”, “6”, “7”, “8”};

    //创建图对象 Graph graph = new Graph(n); //循环的添加顶点 for(String vertex: Vertexs) {

    1. graph.insertVertex(vertex);

    }

    //添加边 //A-B A-C B-C B-D B-E graph.insertEdge(0, 1, 1); // A-B graph.insertEdge(0, 2, 1); // A-C graph.insertEdge(1, 2, 1); // B-C graph.insertEdge(1, 3, 1); // B-D graph.insertEdge(1, 4, 1); // B-E

    //显示一把邻结矩阵 graph.showGraph();

    //测试一把,我们的dfs遍历是否ok System.out.println(“深度遍历”); graph.dfs(); // A->B->C->D->E

}

  1. - 程序运行结果
  2. ```java
  3. [0, 1, 1, 0, 0]
  4. [1, 0, 1, 1, 1]
  5. [1, 1, 0, 0, 0]
  6. [0, 1, 0, 0, 0]
  7. [0, 1, 0, 0, 0]
  8. 深度遍历
  9. A->B->C->D->E->

4.3、图的广度优先遍历

4.3.1、代码思路

  • 图的广度优先搜索(Broad First Search) ,类似于一个分层搜索的过程,广度优先遍历需要使用一个队列以保持访问过的结点的顺序,以便按这个顺序来访问这些结点的邻接结点
  • 广度优先遍历的编码流程:

访问当前顶点 v 并标记结点 v 为已访问,并将顶点 v 入队
将顶点 v 出队,并在同一层搜索顶点 v 的邻接点,将没有访问过的邻接点其加入队列中,说明这些邻接点待访问
以队列头部的顶点作为新的顶点 v ,并进行与之前相同的操作:将顶点 v 出队 …
直至队列为空

  • 经过如上步骤,图中可能还有其他顶点未被访问,继续从下一个顶点执行如上操作

image.png

  • 举例说明:

  • 访问顶点 A 后输出 A ,并将顶点 A 压入队列中

  • 开始不断循环,循环条件:队列不为空

将顶点 A 出队,找到顶点的的所有邻接点:顶点 B 和顶点 C ,顶点 B 和顶点 C 均没有被访问过,将其入队
队列不为空,将队列头(顶点 B)取出,顶点 B 的邻接点为:顶点 C 、顶点 D 、顶点 E ,顶点 C 已经访问过了,不再添加至队列中,顶点 D 和顶点 E 均没有被访问过,将其入队
队列不为空,将队列头(顶点 C)取出,顶点 C 的邻接点为:顶点 A 和顶点 B ,顶点 A 和顶点 B 均被访问过,不再添加至队列
队列不为空,将队列头(顶点 D)取出,D 没有邻接点,啥也不做
队列不为空,将队列头(顶点 E)取出,E 没有邻接点,啥也不做
队列为空,退出循环

  • 以上所有操作仅是一轮,还需要再对图中其他顶点进行以上操作

总结:
从图中某顶点 v 出发,在访问了 v 之后依次访问 v 的各个未曾访问过的邻接点,然后分别从这些邻接点出发依次访问它们的邻接点,并使得“先被访问的顶点的邻接点先于后被访问的顶点的邻接点被访问,直至图中所有已被访问的顶点的邻接点都被访问到。
如果此时图中尚有顶点未被访问,则需要另选一个未曾被访问过的顶点作为新的起始点,重复上述过程,直至图中所有顶点都被访问到为止。
我把图重新画了一下,可以更好地理解广度优先遍历,即先把同一层顶点先遍历了,添加至队列中,再去到下一层
image.png

4.3.2、代码实现

  • 编写图的广度优先遍历 ```java class Graph {

    private ArrayList vertexList; // 存储顶点集合 private int[][] edges; // 存储图对应的邻结矩阵 private int numOfEdges; // 表示边的数目

    // 构造器 public Graph(int n) {

    1. // 初始化矩阵和vertexList
    2. edges = new int[n][n];
    3. vertexList = new ArrayList<String>(n);
    4. numOfEdges = 0;

    }

    // 插入结点 public void insertVertex(String vertex) {

    1. vertexList.add(vertex);

    }

    // 添加边 /**

    • @param v1 第二个顶点对应的下标
    • @param v2 第二个顶点对应的下标
    • @param weight 表示权值,0:不连接;1:连接 */ public void insertEdge(int v1, int v2, int weight) { edges[v1][v2] = weight; edges[v2][v1] = weight; numOfEdges++; }

      // 图中常用的方法 // 返回结点的个数 public int getNumOfVertex() { return vertexList.size(); }

      // 得到边的数目 public int getNumOfEdges() { return numOfEdges; }

      // 返回结点i(下标)对应的数据 0->”A” 1->”B” 2->”C” public String getValueByIndex(int i) { return vertexList.get(i); }

      // 返回v1和v2的权值 public int getWeight(int v1, int v2) { return edges[v1][v2]; }

      // 显示图对应的矩阵 public void showGraph() { for (int[] link : edges) {

      1. System.out.println(Arrays.toString(link));

      } }

      // 得到第一个邻接结点的下标 w /**

    • @param index
    • @return 如果存在就返回对应的下标,否则返回-1 */ public int getFirstNeighbor(int index) { for (int j = 0; j < vertexList.size(); j++) {

      1. if (edges[index][j] > 0) {
      2. return j;
      3. }

      } return -1; }

      // 根据前一个邻接结点的下标来获取下一个邻接结点 public int getNextNeighbor(int v1, int v2) { for (int j = v2 + 1; j < vertexList.size(); j++) {

      1. if (edges[v1][j] > 0) {
      2. return j;
      3. }

      } return -1; }

      // 对一个结点进行广度优先遍历的方法 private void bfs(boolean[] isVisited, int i) { int u; // 表示队列的头结点对应下标 int w; // 邻接结点w // 队列,记录结点访问的顺序 LinkedList queue = new LinkedList(); // 访问结点,输出结点信息 System.out.print(getValueByIndex(i) + “=>”); // 标记为已访问 isVisited[i] = true; // 将结点加入队列 queue.addLast(i);

      while (!queue.isEmpty()) {// 体现出我们的广度优先

      1. // 取出队列的头结点下标
      2. u = queue.removeFirst();
      3. // 得到第一个邻接结点的下标 w
      4. w = getFirstNeighbor(u);
      5. while (w != -1) {// 找到
      6. // 是否访问过
      7. if (!isVisited[w]) {
      8. System.out.print(getValueByIndex(w) + "=>");
      9. // 标记已经访问
      10. isVisited[w] = true;
      11. // 入队
      12. queue.addLast(w);
      13. }
      14. // 以u为前驱点,找w后面的下一个邻结点
      15. w = getNextNeighbor(u, w);
      16. }

      }

      }

      // 遍历所有的结点,都进行广度优先搜索 public void bfs() { boolean[] isVisited = new boolean[vertexList.size()]; for (int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++) {

      1. if (!isVisited[i]) {
      2. bfs(isVisited, i);
      3. }

      } }

}

  1. - 测试代码
  2. ```java
  3. public static void main(String[] args) {
  4. // 测试一把图是否创建ok
  5. String Vertexs[] = { "A", "B", "C", "D", "E" };
  6. int n = Vertexs.length; // 结点的个数
  7. // String Vertexs[] = {"1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8"};
  8. // 创建图对象
  9. Graph graph = new Graph(n);
  10. // 循环的添加顶点
  11. for (String vertex : Vertexs) {
  12. graph.insertVertex(vertex);
  13. }
  14. // 添加边
  15. // A-B A-C B-C B-D B-E
  16. graph.insertEdge(0, 1, 1); // A-B
  17. graph.insertEdge(0, 2, 1); // A-C
  18. graph.insertEdge(1, 2, 1); // B-C
  19. graph.insertEdge(1, 3, 1); // B-D
  20. graph.insertEdge(1, 4, 1); // B-E
  21. // 显示一把邻结矩阵
  22. graph.showGraph();
  23. // 测试一把,我们的bfs遍历是否ok
  24. System.out.println("广度优先");
  25. graph.bfs(); // A->B->C->D->E
  26. }
  • 程序运行结果 ```java [0, 1, 1, 0, 0] [1, 0, 1, 1, 1] [1, 1, 0, 0, 0] [0, 1, 0, 0, 0] [0, 1, 0, 0, 0] 广度优先 A=>B=>C=>D=>E=>
  1. <a name="GWVon"></a>
  2. ### 4.4、深度 VS 广度优先
  3. - 待遍历的图
  4. ![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2022/png/2673847/1642993994982-57346bda-baab-4e92-9d0f-4f01a4995036.png#clientId=u14d1e0ee-4b4f-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&errorMessage=unknown%20error&from=paste&height=213&id=u1d75e852&margin=%5Bobject%20Object%5D&name=image.png&originHeight=213&originWidth=247&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=35855&status=error&style=none&taskId=u7b36ebe7-10e3-4051-a7b0-6ca5ce6a3ff&title=&width=247)
  5. - 创建图
  6. ```java
  7. graph.insertEdge(0, 1, 1);
  8. graph.insertEdge(0, 2, 1);
  9. graph.insertEdge(1, 3, 1);
  10. graph.insertEdge(1, 4, 1);
  11. graph.insertEdge(3, 7, 1);
  12. graph.insertEdge(4, 7, 1);
  13. graph.insertEdge(2, 5, 1);
  14. graph.insertEdge(2, 6, 1);
  15. graph.insertEdge(5, 6, 1);
  • 理论输出顺序:
    • 深度优先遍历顺序为 1->2->4->8->5->3->6->7
    • 广度优先算法的遍历顺序为:1->2->3->4->5->6->7->8
  • 测试代码 ```java public class GraphDemo { public static void main(String[] args) {

    1. // 测试一把图是否创建ok
    2. String Vertexs[] = {"1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8"};
    3. int n = Vertexs.length; // 结点的个数
    4. // 创建图对象
    5. Graph graph = new Graph(n);
    6. // 循环的添加顶点
    7. for (String vertex : Vertexs) {
    8. graph.insertVertex(vertex);
    9. }
    10. //更新边的关系
    11. graph.insertEdge(0, 1, 1);
    12. graph.insertEdge(0, 2, 1);
    13. graph.insertEdge(1, 3, 1);
    14. graph.insertEdge(1, 4, 1);
    15. graph.insertEdge(3, 7, 1);
    16. graph.insertEdge(4, 7, 1);
    17. graph.insertEdge(2, 5, 1);
    18. graph.insertEdge(2, 6, 1);
    19. graph.insertEdge(5, 6, 1);
    20. //显示一把邻结矩阵
    21. graph.showGraph();
    22. //测试一把,我们的dfs遍历是否ok
    23. System.out.println("深度遍历");
    24. graph.dfs(); // [1->2->4->8->5->3->6->7]
    25. System.out.println();
    26. System.out.println("广度优先!");
    27. graph.bfs(); // [1->2->3->4->5->6->7->8]

    } }

  1. - 程序运行结果
  2. ```java
  3. [0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0]
  4. [1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0]
  5. [1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0]
  6. [0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1]
  7. [0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1]
  8. [0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0]
  9. [0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0]
  10. [0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0]
  11. 深度遍历
  12. 1->2->4->8->5->3->6->7->
  13. 广度优先!
  14. 1=>2=>3=>4=>5=>6=>7=>8=>

5、图遍历的全部代码

  1. public class GraphDemo {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. // 测试一把图是否创建ok
  4. String Vertexs[] = {"1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8"};
  5. int n = Vertexs.length; // 结点的个数
  6. // 创建图对象
  7. Graph graph = new Graph(n);
  8. // 循环的添加顶点
  9. for (String vertex : Vertexs) {
  10. graph.insertVertex(vertex);
  11. }
  12. //更新边的关系
  13. graph.insertEdge(0, 1, 1);
  14. graph.insertEdge(0, 2, 1);
  15. graph.insertEdge(1, 3, 1);
  16. graph.insertEdge(1, 4, 1);
  17. graph.insertEdge(3, 7, 1);
  18. graph.insertEdge(4, 7, 1);
  19. graph.insertEdge(2, 5, 1);
  20. graph.insertEdge(2, 6, 1);
  21. graph.insertEdge(5, 6, 1);
  22. //显示一把邻结矩阵
  23. graph.showGraph();
  24. //测试一把,我们的dfs遍历是否ok
  25. System.out.println("深度遍历");
  26. graph.dfs(); // [1->2->4->8->5->3->6->7]
  27. System.out.println();
  28. System.out.println("广度优先!");
  29. graph.bfs(); // [1->2->3->4->5->6->7->8]
  30. }
  31. }
  32. class Graph {
  33. private ArrayList<String> vertexList; // 存储顶点集合
  34. private int[][] edges; // 存储图对应的邻结矩阵
  35. private int numOfEdges; // 表示边的数目
  36. // 构造器
  37. public Graph(int n) {
  38. // 初始化矩阵和vertexList
  39. edges = new int[n][n];
  40. vertexList = new ArrayList<String>(n);
  41. numOfEdges = 0;
  42. }
  43. // 插入结点
  44. public void insertVertex(String vertex) {
  45. vertexList.add(vertex);
  46. }
  47. // 添加边
  48. /**
  49. *
  50. * @param v1 第二个顶点对应的下标
  51. * @param v2 第二个顶点对应的下标
  52. * @param weight 表示权值,0:不连接;1:连接
  53. */
  54. public void insertEdge(int v1, int v2, int weight) {
  55. edges[v1][v2] = weight;
  56. edges[v2][v1] = weight;
  57. numOfEdges++;
  58. }
  59. // 图中常用的方法
  60. // 返回结点的个数
  61. public int getNumOfVertex() {
  62. return vertexList.size();
  63. }
  64. // 得到边的数目
  65. public int getNumOfEdges() {
  66. return numOfEdges;
  67. }
  68. // 返回结点i(下标)对应的数据 0->"A" 1->"B" 2->"C"
  69. public String getValueByIndex(int i) {
  70. return vertexList.get(i);
  71. }
  72. // 返回v1和v2的权值
  73. public int getWeight(int v1, int v2) {
  74. return edges[v1][v2];
  75. }
  76. // 显示图对应的矩阵
  77. public void showGraph() {
  78. for (int[] link : edges) {
  79. System.out.println(Arrays.toString(link));
  80. }
  81. }
  82. // 得到第一个邻接结点的下标 w
  83. /**
  84. *
  85. * @param index
  86. * @return 如果存在就返回对应的下标,否则返回-1
  87. */
  88. public int getFirstNeighbor(int index) {
  89. for (int j = 0; j < vertexList.size(); j++) {
  90. if (edges[index][j] > 0) {
  91. return j;
  92. }
  93. }
  94. return -1;
  95. }
  96. // 根据前一个邻接结点的下标来获取下一个邻接结点
  97. public int getNextNeighbor(int v1, int v2) {
  98. for (int j = v2 + 1; j < vertexList.size(); j++) {
  99. if (edges[v1][j] > 0) {
  100. return j;
  101. }
  102. }
  103. return -1;
  104. }
  105. // 深度优先遍历算法
  106. // i 第一次就是 0
  107. private void dfs(boolean[] isVisited, int i) {
  108. // 首先我们访问该结点,输出
  109. System.out.print(getValueByIndex(i) + "->");
  110. // 将结点设置为已经访问
  111. isVisited[i] = true;
  112. // 查找结点i的第一个邻接结点w
  113. int w = getFirstNeighbor(i);
  114. while (w != -1) {// 说明有
  115. if (!isVisited[w]) {
  116. dfs(isVisited, w);
  117. }
  118. // 如果w结点已经被访问过
  119. w = getNextNeighbor(i, w);
  120. }
  121. }
  122. // 对dfs 进行一个重载, 遍历我们所有的结点,并进行 dfs
  123. public void dfs() {
  124. boolean[] isVisited = new boolean[vertexList.size()];
  125. // 遍历所有的结点,进行dfs[回溯]
  126. for (int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++) {
  127. if (!isVisited[i]) {
  128. dfs(isVisited, i);
  129. }
  130. }
  131. }
  132. // 对一个结点进行广度优先遍历的方法
  133. private void bfs(boolean[] isVisited, int i) {
  134. int u; // 表示队列的头结点对应下标
  135. int w; // 邻接结点w
  136. // 队列,记录结点访问的顺序
  137. LinkedList<Integer> queue = new LinkedList<Integer>();
  138. // 访问结点,输出结点信息
  139. System.out.print(getValueByIndex(i) + "=>");
  140. // 标记为已访问
  141. isVisited[i] = true;
  142. // 将结点加入队列
  143. queue.addLast(i);
  144. while (!queue.isEmpty()) {// 体现出我们的广度优先
  145. // 取出队列的头结点下标
  146. u = queue.removeFirst();
  147. // 得到第一个邻接结点的下标 w
  148. w = getFirstNeighbor(u);
  149. while (w != -1) {// 找到
  150. // 是否访问过
  151. if (!isVisited[w]) {
  152. System.out.print(getValueByIndex(w) + "=>");
  153. // 标记已经访问
  154. isVisited[w] = true;
  155. // 入队
  156. queue.addLast(w);
  157. }
  158. // 以u为前驱点,找w后面的下一个邻结点
  159. w = getNextNeighbor(u, w);
  160. }
  161. }
  162. }
  163. // 遍历所有的结点,都进行广度优先搜索
  164. public void bfs() {
  165. boolean[] isVisited = new boolean[vertexList.size()];
  166. for (int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++) {
  167. if (!isVisited[i]) {
  168. bfs(isVisited, i);
  169. }
  170. }
  171. }
  172. }