大话数据结构--图的常用存储结构

简介: 大话数据结构--图的常用存储结构

7.3.2邻接表


为了解决边数相对顶点较少的图,邻接矩阵这种结构会存在大量的空间浪费

如下:

image.png

再回忆我们在树中谈存储结构时,讲到了一种孩子表示法,将结点存入数组,并对结点的孩子进行链式存储,不管有多少孩子,也不会存在空间浪费问题。这个思路同样适用于图的存储。我们把这种数组与链表相结合的存储方法称为邻接表 (Adjacency List)。

邻接表的处理办法:

1.图中顶点用一个一维数组存储,当然,顶点也可以用单链表来存储,不过数组可以较容易地读取顶点信息,更加方便。另外,对于顶点数组中,每个数据元素还需要存储指向第一个邻接点的指针,以便于查找该顶点的边信息。

2.图中每个顶点Vi的所有邻接点构一个线性表,由于邻接点的个数不定,所以用单链表存储,无向图称为顶点Vi的边表,有向图则称为顶点Vi作为弧尾的出表。

image.png

上图中的V1顶点与V0、V2互为邻接点,则在V1的边表中,adjvex分别为V0的0和V2的2

下面解释什么是边表

顶点表的各个节点由data和firstedge两个域表示,data是数据域,存储顶点的信息,firstedge是指针域,指向边表(因为它是无向图,所以叫边表) 的第一个结点,即此顶点的第一个邻接点。边表结点由adjvex和next两个域组成。adjvex 是邻接点域,存储某顶点的邻接点在顶点表中的下标,next 则存储指向边表中下一个结点的指针。

在有向图中,邻接表的结构是类似的

我们可以建立一个有向图的逆邻接表,即对每个顶点Vi都建立一个链接为v为弧头的表

image.png

image.png

此时我们很容易就可以算出某个顶点的入度或出度是多少,判断两顶点是否存在弧也很容易实现。

对于带权值的网图,可以在边表结点定义中再增加一个weight的数据域,存储权值信息即可

image.png


7.3.3十字链表


那么对于有向图来说,邻接表是有缺陷的。关心了出度问题,想了解入度就必须要遍历整个图才能知道,反之,逆邻接表解决了入度却不了解出度的情况。有没有可能把邻接表与逆邻接表结合起来呢?答案是肯定的,就是把它们整合在一起。这就是我们现在要讲的有向图的一种存储方法:十字链表(Orthogonal List)。

重新定义结点表结点结构

data firstin firstout

其中firstin表示入边表头指针,指向该顶点的入边表中第一个结点, firstout 表示出边表头指针,指向该顶点的出边表中的第一个结点。

重新定义边表结点结构

image.png

其中tailvex 是指弧起点在顶点表的下标,headvex 是指弧终点在顶点表中的下标,headlink是指入边表指针域,指向终点相同的下一条边,tallink 是指边表指针域,指向起点相同的下一条边。 如果是网,还可以再增加一个 weight域来存储权值。

实例如下:

image.png

以顶点V0来说,firstout指向的是出边表中的第一个结点V3所以tailvex和headvex是03(就是数组下标),那为什么headlink和taillink为空了呢,因为没用终点和V0一样的结点了(指向V3的),那为什么taillink也为空呢,因为没有和V0一样起点的结点(从V0出发)了呀!

图中也有些例子,可以多理解理解

同志们一定好好看看和理解这个图!!!

十字链表的好处就是因为把邻接表和逆邻接表整合在了一起,这样很容易找到以Vi为尾的弧,也容易找到以vi为头的弧,从而更容易求得顶点的出度和入度

缺点就是结构复杂了一点,在有向图的应用中,十字链表是非常好的数据结构模型


7.3.4邻接多重表


十字链表对有向图的存储结构进行了优化

在无向表的应用中,关注的重点是顶点,邻接表是好的选择

如果关注的是边的操作,就需要更简单的方式

对边表结点结构重新定义

image.png

其中ivex和jvex是与某条边依附的两个顶点在顶点表中下标。

ilink 指向依附顶点ivex的下一条边

jlink 指向依附顶点jvex的下一条边

下图告诉我们它有4个顶点和5条边,显然,我们就应该先将4个顶点和5条边的边表结点画出来。由于是无向图,所以ivex是0、jvex是1还是反过来都是无所谓的,不过为了绘图方便,都将ivex值设置得与一旁的顶点下标相同。

image.png

好,我们来分析这个图

firstedge是指针域,指向边表的第一个结点,ivex和jvex是依附于边的顶点坐标的下标(注意是顶点坐标的下标),比如图中的0和1,那么它们就代表顶点V0和顶点V1中间的那条边

那么ilink和jlink是什么呢?

ilink指的是ivex依附顶点的下一条边

jlink指的是jvex依附顶点下一条边

实例如图所示:

image.png

看上面的连线,firstedge指向一条边,顶点下标和ivex的值相同,继续,顶点V0有三个边跟它有关v0v1,v0v2,v0v3

所以连线5,6满足指向下一条依附于顶点的v0的边的目标,ilink指向的结点的jvex一定要和它本身的ivex值相同。连线7就是指v1,v0这条边,它是相当于顶点v1指向v1,v2边后的下一条。v2有三条依附,所以在连线3后就有了8跟9.连线10的就是顶点v3在连线4后下一条边。

图上共5条边所以有10条连线,符合预期

邻接多重表与邻接表的差别,仅仅是在于同一条边在邻接表中用两个结点表示,而在邻接多重表中只有一个结点。 这样对边的操作就方便多了,若要删除左图的(V0,V2) 这条边,只需要将右图的⑥⑨的链接指向改为^即 可。各种基本操作的实现也和邻接表是相似的


7.3.5边集数组


边集数组是由两个一维数组构成。一个是存储顶点的信息;另一个是存储边的信息,这个边数组每个数据元素由一条边的起点下标(begin)、终点下标(end) 和权(weight)组成

实例如下:

image.png

这个结构很好理解,看图就能看懂



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