数据结构上机实践第11周项目1 - 图基本算法库

简介: 数据结构上机实践第11周项目1 - 图基本算法库

图基本算法库

 本次实践将建立图的基本算法库,用以丰富算法库,灵活应对更多样的工程,所谓“技多不压身”,算法亦如此。

 本次实践将运用多文件组织工程的建立,点击此处参考。(编译环境:VC++6.0)

 建立好的工程文件视角图如下:

2018122814580746.png

实现源代码如下:

1.graph.h

//*Copyright  (c)2017,烟台大学计算机与控制工程学院*                   
//*All rights reservrd.*                   
//*文件名称 :graph.h*                   
//*作者:田长航*                
//*完成时间:2017年11月16日*                    
//*版本号:v1.0*                
//*问题描述:包含定义图表示数据结构的代码、宏定义、要实现算法的函数的声明*                   
//*输入描述:无*                   
//*程序输出:无
#ifndef GRAPH_H_INCLUDED
#define GRAPH_H_INCLUDED
#define MAXV 100                //最大顶点个数
#define INF 32767       //INF表示∞
typedef int InfoType;
//以下定义邻接矩阵类型
typedef struct
{
    int no;                     //顶点编号
    InfoType info;              //顶点其他信息,在此存放带权图权值
} VertexType;                   //顶点类型
typedef struct                  //图的定义
{
    int edges[MAXV][MAXV];      //邻接矩阵
    int n,e;                    //顶点数,弧数
    VertexType vexs[MAXV];      //存放顶点信息
} MGraph;                       //图的邻接矩阵类型
//以下定义邻接表类型
typedef struct ANode            //弧的结点结构类型
{
    int adjvex;                 //该弧的终点位置
    struct ANode *nextarc;      //指向下一条弧的指针
    InfoType info;              //该弧的相关信息,这里用于存放权值
} ArcNode;
typedef int Vertex;
typedef struct Vnode            //邻接表头结点的类型
{
    Vertex data;                //顶点信息
    int count;                  //存放顶点入度,只在拓扑排序中用
    ArcNode *firstarc;          //指向第一条弧
} VNode;
typedef VNode AdjList[MAXV];    //AdjList是邻接表类型
typedef struct
{
    AdjList adjlist;            //邻接表
    int n,e;                    //图中顶点数n和边数e
} ALGraph;                      //图的邻接表类型
//功能:由一个反映图中顶点邻接关系的二维数组,构造出用邻接矩阵存储的图
//参数:Arr - 数组名,由于形式参数为二维数组时必须给出每行的元素个数,在此将参数Arr声明为一维数组名(指向int的指针)
//      n - 矩阵的阶数
//      g - 要构造出来的邻接矩阵数据结构
void ArrayToMat(int *Arr, int n, MGraph &g); //用普通数组构造图的邻接矩阵
void ArrayToList(int *Arr, int n, ALGraph *&); //用普通数组构造图的邻接表
void MatToList(MGraph g,ALGraph *&G);//将邻接矩阵g转换成邻接表G
void ListToMat(ALGraph *G,MGraph &g);//将邻接表G转换成邻接矩阵g
void DispMat(MGraph g);//输出邻接矩阵g
void DispAdj(ALGraph *G);//输出邻接表G
#endif // GRAPH_H_INCLUDED

2.graph.cpp

//*Copyright  (c)2017,烟台大学计算机与控制工程学院*                   
//*All rights reservrd.*                   
//*文件名称 :graph.cpp.cpp*                   
//*作者:田长航*                
//*完成时间:2017年11月16日*                    
//*版本号:v1.0*                
//*问题描述:包含实现各种算法的函数的定义*                   
//*输入描述:无*                   
//*程序输出:无*    
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include "graph.h"
//功能:由一个反映图中顶点邻接关系的二维数组,构造出用邻接矩阵存储的图
//参数:Arr - 数组名,由于形式参数为二维数组时必须给出每行的元素个数,在此将参数Arr声明为一维数组名(指向int的指针)
//      n - 矩阵的阶数
//      g - 要构造出来的邻接矩阵数据结构
void ArrayToMat(int *Arr, int n, MGraph &g)
{
    int i,j,count=0;  //count用于统计边数,即矩阵中非0元素个数
    g.n=n;
    for (i=0; i<g.n; i++)
        for (j=0; j<g.n; j++)
        {
            g.edges[i][j]=Arr[i*n+j]; //将Arr看作n×n的二维数组,Arr[i*n+j]即是Arr[i][j],计算存储位置的功夫在此应用
            if(g.edges[i][j]!=0 && g.edges[i][j]!=INF)
                count++;
        }
    g.e=count;
}
void ArrayToList(int *Arr, int n, ALGraph *&G)
{
    int i,j,count=0;  //count用于统计边数,即矩阵中非0元素个数
    ArcNode *p;
    G=(ALGraph *)malloc(sizeof(ALGraph));
    G->n=n;
    for (i=0; i<n; i++)                 //给邻接表中所有头节点的指针域置初值
        G->adjlist[i].firstarc=NULL;
    for (i=0; i<n; i++)                 //检查邻接矩阵中每个元素
        for (j=n-1; j>=0; j--)
            if (Arr[i*n+j]!=0)      //存在一条边,将Arr看作n×n的二维数组,Arr[i*n+j]即是Arr[i][j]
            {
                p=(ArcNode *)malloc(sizeof(ArcNode));   //创建一个节点*p
                p->adjvex=j;
                p->info=Arr[i*n+j];
                p->nextarc=G->adjlist[i].firstarc;      //采用头插法插入*p
                G->adjlist[i].firstarc=p;
            }
    G->e=count;
}
void MatToList(MGraph g, ALGraph *&G)
//将邻接矩阵g转换成邻接表G
{
    int i,j;
    ArcNode *p;
    G=(ALGraph *)malloc(sizeof(ALGraph));
    for (i=0; i<g.n; i++)                   //给邻接表中所有头节点的指针域置初值
        G->adjlist[i].firstarc=NULL;
    for (i=0; i<g.n; i++)                   //检查邻接矩阵中每个元素
        for (j=g.n-1; j>=0; j--)
            if (g.edges[i][j]!=0)       //存在一条边
            {
                p=(ArcNode *)malloc(sizeof(ArcNode));   //创建一个节点*p
                p->adjvex=j;
                p->info=g.edges[i][j];
                p->nextarc=G->adjlist[i].firstarc;      //采用头插法插入*p
                G->adjlist[i].firstarc=p;
            }
    G->n=g.n;
    G->e=g.e;
}
void ListToMat(ALGraph *G,MGraph &g)
//将邻接表G转换成邻接矩阵g
{
    int i,j;
    ArcNode *p;
    g.n=G->n;   //根据一楼同学“举报”改的。g.n未赋值,下面的初始化不起作用
    g.e=G->e;
    for (i=0; i<g.n; i++)   //先初始化邻接矩阵
        for (j=0; j<g.n; j++)
            g.edges[i][j]=0;
    for (i=0; i<G->n; i++)  //根据邻接表,为邻接矩阵赋值
    {
        p=G->adjlist[i].firstarc;
        while (p!=NULL)
        {
            g.edges[i][p->adjvex]=p->info;
            p=p->nextarc;
        }
    }
}
void DispMat(MGraph g)
//输出邻接矩阵g
{
    int i,j;
    for (i=0; i<g.n; i++)
    {
        for (j=0; j<g.n; j++)
            if (g.edges[i][j]==INF)
                printf("%3s","∞");
            else
                printf("%3d",g.edges[i][j]);
        printf("\n");
    }
}
void DispAdj(ALGraph *G)
//输出邻接表G
{
    int i;
    ArcNode *p;
    for (i=0; i<G->n; i++)
    {
        p=G->adjlist[i].firstarc;
        printf("%3d: ",i);
        while (p!=NULL)
        {
            printf("-->%d/%d ",p->adjvex,p->info);
            p=p->nextarc;
        }
        printf("\n");
    }
}

3.main.cpp

//*Copyright  (c)2017,烟台大学计算机与控制工程学院*                   
//*All rights reservrd.*                   
//*文件名称 :main.cpp*                   
//*作者:田长航*                
//*完成时间:2017年11月16日*                    
//*版本号:v1.0*                
//*问题描述:测试函数*                   
//*输入描述:无*                   
//*程序输出:无*
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include "graph.h"
int main()
{
    MGraph g1,g2;
    ALGraph *G1,*G2;
    int A[6][6]=
    {
        {0,5,0,7,0,0},
        {0,0,4,0,0,0},
        {8,0,0,0,0,9},
        {0,0,5,0,0,6},
        {0,0,0,5,0,0},
        {3,0,0,0,1,0}
    };
    ArrayToMat(A[0], 6, g1);  //取二维数组的起始地址作实参,用A[0],因其实质为一维数组地址,与形参匹配
    printf(" 有向图g1的邻接矩阵:\n");
    DispMat(g1);
    ArrayToList(A[0], 6, G1);
    printf(" 有向图G1的邻接表:\n");
    DispAdj(G1);
    MatToList(g1,G2);
    printf(" 图g1的邻接矩阵转换成邻接表G2:\n");
    DispAdj(G2);
    ListToMat(G1,g2);
    printf(" 图G1的邻接表转换成邻接邻阵g2:\n");
    DispMat(g2);
    printf("\n");
    return 0;
}

运行结果截图如下:

2018122814580746.png

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