(1)图的表示方法:邻接矩阵(二维数组)、邻接表(链表数组【链表的链表】)。
(2)图的搜索方法:深度优先搜索(DFS)和广度优先搜索(BFS)。
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用栈记录下一步的走向。访问一个顶点的过程中要做三件事: a. 访问顶点
b. 顶点入栈,以便记住它
c. 标记顶点,以便不会再访问它
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访问规则:
a. 如果可能,访问一个邻接的未访问顶点,标记它,并入栈。
b. 当不能执行a时(没有邻接的未访问顶点),如果栈不为空,就从栈中弹出一个顶点。
c. 如果不能执行规则a和b,就完成了整个搜索过程。
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实现:基于以上规则,循环执行,直到栈为空。每次循环各种,它做四件事:
①用peek()方法检查栈顶的顶点。
②试图找到这个顶点还未访问的邻接点。
③如果没有找到,出栈。
④如果找到这样的顶点,访问并入栈。
比如,采用dfs遍历上图,从A点出发,遍历结果(入栈顺序)为:ABCDE。
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用队列记录下一步的走向。深度优先搜素表现的好像是尽快远离起点似的,相反,广度优先搜索中,算法好像要尽可能靠近起始点。
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访问规则:
a.访问下一个未访问的邻接点(如果存在),这个顶点必须是当前顶点的邻接点,标记它,并入队列。
b.如果因为已经没有未访问顶点而不能执行规则a,那么从队列头取一个顶点(如果存在),并使其成为当前顶点。
c.如果因为队列为空而不能执行规则b,则完成了整个搜索过程。
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基于以上规则,对下图做bfs遍历,其队列的变化如下表所示:
从而,遍历的结果(入队顺序)为ABCDEFGHI。如果采用bfs遍历3中的图,结果为:ABDCE。
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特性:广度优先搜索首先找到与起始点相距一条边的所有顶点,然后是与起始点相距两条边的顶点,以此类推。如果要寻找起始顶点到指定顶点的最短距离,那么这个属性非常有用。首先执行BFS,当找到指定顶点时,就可以说这条路径是到这个顶点的最短路径。如果有更短的路径,BFS算法就应该已经找到它了。
DFS、BFS的代码实现如下:
public class Graph {
private final int MAX_VERTS = 20;
private Vertex vertexList[];// 顶点数组
private int adjMat[][];// 邻接矩阵
private int nVerts;// 当前顶点总数
private StackX theStack;
private Queue theQueue;
public static void main(String[] args) {
Graph theGraph = new Graph();
theGraph.addVertex('A');
theGraph.addVertex('B');
theGraph.addVertex('C');
theGraph.addVertex('D');
theGraph.addVertex('E');
theGraph.addEdge(0, 1);
theGraph.addEdge(1, 2);
theGraph.addEdge(0, 3);
theGraph.addEdge(3, 4);
System.out.print("visits:");
// theGraph.dfs();
theGraph.bfs();
System.out.println();
}
public Graph() {// 构造图
vertexList = new Vertex[MAX_VERTS];
adjMat = new int[MAX_VERTS][MAX_VERTS];
nVerts = 0;
for (int i = 0; i < MAX_VERTS; i++) {
for (int j = 0; j < MAX_VERTS; j++) {
adjMat[i][j] = 0;
}
}
theStack = new StackX();
theQueue = new Queue();
}
public void addVertex(char lab) {// 添加顶点
vertexList[nVerts++] = new Vertex(lab);
}
public void addEdge(int start, int end) {// 添加边
adjMat[start][end] = 1;
adjMat[end][start] = 1;
}
public void displayVertex(int v) {// 打印数组中v位置下的顶点名
System.out.print(vertexList[v].lable);
}
public int getAdjUnvisitedVertex(int v) {// 获取和v邻接的未访问的顶点
for (int i = 0; i < nVerts; i++) {
if (adjMat[v][i] == 1 && vertexList[i].wasVisited == false) {
return i;
}
}
return -1;
}
public void dfs() {// 深度优先搜索
vertexList[0].wasVisited = true;
displayVertex(0);
theStack.push(0);
while (!theStack.isEmpty()) {
int v = getAdjUnvisitedVertex(theStack.peek());
if (v == -1) {
theStack.pop();
} else {
vertexList[v].wasVisited = true;
displayVertex(v);
theStack.push(v);
}
}
for (int i = 0; i < nVerts; i++) {
vertexList[i].wasVisited = false;// 重置,防止后边再次使用dfs
}
}
public void bfs() {// 广度优先搜索
vertexList[0].wasVisited = true;
displayVertex(0);
theQueue.insert(0);
int v2;
while (!theQueue.isEmpty()) {
int v1 = theQueue.remove();
while ((v2 = getAdjUnvisitedVertex(v1)) != -1) {
vertexList[v2].wasVisited = true;
displayVertex(v2);
theQueue.insert(v2);
}
}
for (int j = 0; j < nVerts; j++) {
vertexList[j].wasVisited = false;
}
}
}
class StackX {// 自定义栈
private final int SIZE = 20;
private int[] st;
private int top;
public StackX() {
st = new int[SIZE];
top = -1;
}
public void push(int j) {
st[++top] = j;
}
public int pop() {
if (top == 0) {
return -1;
}
return st[--top];
}
public int peek() {
return st[top];
}
public boolean isEmpty() {
return (top == -1);
}
}
class Queue {
private final int SIZE = 20;
private int[] queArray;
private int front;
private int rear;
public Queue() {
queArray = new int[SIZE];
front = 0;
rear = -1;
}
public void insert(int j) {// 入队
if (rear == SIZE - 1) {
rear = -1;
}
queArray[++rear] = j;
}
public int remove() {// 出队
if (!isEmpty()) {
return queArray[front++];
} else {
return -1;
}
}
public boolean isEmpty() {
return (rear + 1 == front);
}
}
class Vertex {
public char lable;// 名字
public boolean wasVisited;
public Vertex(char lab) {
lable = lab;
wasVisited = false;
}
}
输出:
visits:ABDCE