數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C語言版) 第7章 圖

上傳人:da****ge 文檔編號:59536243 上傳時間:2022-03-03 格式:DOC 頁數(shù):49 大?。?.80MB
收藏 版權(quán)申訴 舉報 下載
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C語言版) 第7章 圖_第1頁
第1頁 / 共49頁
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C語言版) 第7章 圖_第2頁
第2頁 / 共49頁
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C語言版) 第7章 圖_第3頁
第3頁 / 共49頁

下載文檔到電腦,查找使用更方便

16 積分

下載資源

還剩頁未讀,繼續(xù)閱讀

資源描述:

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C語言版) 第7章 圖》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C語言版) 第7章 圖(49頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第7章 圖 1 邏輯結(jié)構(gòu) 1.1 定義 G = (V, E) V是頂點集,E是頂點間二元關(guān)系的集合 內(nèi)涵越小,外延越大 與樹的區(qū)別: ①樹有特殊的根結(jié)點; ②樹的結(jié)點和關(guān)系能分成互不相交的若干子集 圖的分類: 無向圖 有向圖 邊:二元關(guān)系是無序的。 ?。憾P(guān)系是有序的。 (vi,vj):vi,vj互為鄰接點 :弧頭vj、弧尾vi G1=(V1,E1) V1={v1,v2,v3,v4} E1={(v1,v2),(v1,v3), (v1,v4),(v2,v3), (v2,v4),(v3,v4)} G2=(V2,E

2、2) V2={v1,v2,v3,v4} E2={, , , } 不予討論的圖: (總能轉(zhuǎn)換為簡單圖) 1.2 基本操作 對整體的操作 (遍歷) 深度遍歷DFSTraverse、 廣度遍歷BFSTraverse 對頂點的操作 InsertVex、DeleteVex、GetVex、SetVex 對弧/邊的操作 InsertArc、DeleteArc、GetArc、SetArc 1.3 常見應(yīng)用 ①信息的組織:家庭照片管理…… ②運輸問題:最短路徑問題、最優(yōu)乘車路線問題…… ③網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃:小區(qū)設(shè)店問題

3、、區(qū)域連通的規(guī)劃問題…… ④進度組織:工程進度管理…… 1.4 概念 思路:考慮圖的復(fù)雜應(yīng)用,提供簡化問題的思路。 1.4.1 圖的分類 著眼點:存儲結(jié)構(gòu)的選擇。 無向完全圖 邊數(shù):n*(n-1)/2 有向完全圖 弧數(shù):n*(n-1) 稀疏圖 邊數(shù)≈頂點數(shù) 稠密圖 邊數(shù)≈頂點數(shù)2 帶權(quán)圖 邊或頂點帶權(quán)值 著眼點:圖的分解。 子圖 V(B)∈V(A),E(B)∈E(A),稱圖B是圖A的子圖。 1.4.2 頂點的參數(shù) 度 無向圖中,依附于某頂點的邊數(shù) 入度 有向圖中,以某頂點為弧尾的弧數(shù) 出度 有向圖中,以某頂點為弧頭的弧數(shù)

4、 度的應(yīng)用:以下哪個圖能夠一筆畫完成?為什么? 一筆畫問題的本質(zhì):圖結(jié)構(gòu)中的邊遍歷問題。 應(yīng)用領(lǐng)域:車間/廠房布置、行走路線的安排、交通設(shè)計… 1.4.3 有關(guān)路徑 著眼點:頂點間的聯(lián)系。 頂點間路徑 Vi,……,Vj 頂點間連通 若從Vi到Vj有路徑,稱Vi到Vj是連通的。 路徑長度 路徑上邊/弧的數(shù)目。 簡單路徑 路徑中所有頂點各不相同。 回路 路徑中,起點和終點是同一頂點。 簡單回路 除起點和終點外,其余頂點各不相同。 1.4.4 有關(guān)連通 著眼點:將不連通圖簡化為連通圖。 連通圖 無向圖中,任意二個頂點之間是連通的。

5、 無向圖的 連通分量 無向圖的極大連通子圖。 強連通圖 有向圖中,任意二個頂點之間存在來往路徑。 有向圖的 強連通分量 有向圖的極大強連通子圖。 1.4.5 生成樹 著眼點:將圖簡化為樹。 無向圖 生成樹 連通無向圖中,n個頂點和n-1條邊,構(gòu)成的連通子圖。(原連通圖的極小連通子圖) 生成森林 不連通的無向圖中,各連通分量的生成樹的集合。 有向圖 生成樹 強連通有向圖中,n個頂點和n-1條弧,構(gòu)成的單向連通子圖(vi、vj間存在一條路徑)。 一個頂點入度為0,其余頂點入度為1。 生成森林 不強連通的有向圖中,各有強連通分量的生成樹的集合。

6、 第7章 圖 2 圖的存儲結(jié)構(gòu) 存儲結(jié)構(gòu)應(yīng)該包含: ①頂點的信息;②邊/弧的信息;③權(quán)的信息。 2.1 鄰接矩陣 2.1.1 結(jié)構(gòu)圖 0, 1, 1, 0 1, 0, 0, 1 1, 0, 0, 1 0, 1, 1, 0 0, 4, 2, Inf 4, 0, Inf, 8 2, Inf, 0, 1 Inf, 8, 1, 0 0, 4, 2, Inf Inf, 0, Inf, 8 Inf, Inf, 0, Inf Inf, Inf, 1, 0 2.1.2 類的定義 cons

7、t double Inf=10000; struct Edge { int v1,v2; double weight; }; class Mgraph // 簡化版,只存儲了邊/弧的信息。 { int m_N; vector > *m_Es; public: MGraph(int n); ~MGraph(); void Append(vector &es); void Output(); int Degree(int k); }; 空間復(fù)雜度:O(n*n)。 適合稠密圖,當點多邊少時,空間

8、浪費多。 2.1.2 (無向圖的)類的實現(xiàn) // 構(gòu)造函數(shù) MGraph::MGraph(int n) { m_N = n; m_Es=new vector >(n,vector(n,Inf)); for(int i=0; i &es) { for(int i=0;

9、 i

10、鄰接表 2.2.1 結(jié)構(gòu)圖 圖的變化特征:頂點變化少,關(guān)系變化多。 頂點表: 順序結(jié)構(gòu)。邊/弧表:動態(tài)鏈表。 帶權(quán)圖的鄰接表 2.2.2 類的定義 struct ArcNode // 邊、弧結(jié)構(gòu) { int adjvex; // 鄰接點、弧頭的編號 double weight; ArcNode *nextarc; }; template struct VexNode // 頂點結(jié)構(gòu) { T data; ArcNode *firstarc; // 指向出邊表 }; template

11、T> class ALGraph { int m_N; vector > m_Data; // 頂點向量 public: ALGraph(vector vs);; ~ALGraph(); void Append(vector &es); void Output(); ……………… }; 空間復(fù)雜度:O(n+e) n是頂點數(shù),e是邊/弧數(shù)。 2.2.3 類的實現(xiàn) // 構(gòu)造函數(shù) template ALGraph::ALGraph(vector vs) { m_N

12、= vs.size(); m_Data.resize(m_N); for(int i=0; i void ALGraph::Append(vector &es) { for(int i=0; i

13、 ArcNode *p=new ArcNode; p->adjvex=v2; p->weight=es[i].weight; p->nextarc=m_Data[v1].firstarc; m_Data[v1].firstarc = p; } } // 計算有向圖中頂點i的出度 template int ALGraph::OutDegree(int k) { int n=0; for(ArcNode *p=m_Data[k].firstarc; p; p=p->nextarc) n++; retu

14、rn n; } // 計算有向圖中頂點i的入度 template int ALGraph::InDegree(int k) { int n=0; for(int i=0; inextarc) if(p->adjvex==k) n++; return n; } 試題: 計算有向圖的入度表、出度表; 判斷無向圖G是否可以一筆畫。 2.2.3 擴展思考:頂點的維護問題 例:刪除指定頂點的結(jié)構(gòu)

15、變化 原圖的結(jié)構(gòu) 刪除頂點2之后的圖結(jié)構(gòu) 2.3 逆鄰接表 2.3.1 結(jié)構(gòu)圖 鄰接表(出邊表) 逆鄰接表(入邊表) 思考:根據(jù)鄰接表繪制逆鄰接表。 2.3.2 類的定義 同鄰接表類 2.4 十字鏈表 2.4.1 結(jié)構(gòu)圖 將鄰接表、逆鄰接表合二為一。 主要用于表示有向圖。 和稀疏矩陣的十字鏈表結(jié)構(gòu)相比:本質(zhì)一樣。細節(jié)差別在于:行頭表和列頭表合并為了頂點表。 等價結(jié)構(gòu): 2.2.2 類的定義 struct ArcNode // 弧結(jié)構(gòu) { int tailvex; // 弧尾的編號 int

16、headvex; // 弧頭的編號 double weight; ArcNode *tlink; // 指向弧尾相同的弧結(jié)點 ArcNode *hlink; // 指向弧頭相同的弧結(jié)點 }; template struct VexNode // 頂點結(jié)構(gòu) { T data; ArcNode *firstin; // 指向入邊表 ArcNode *firstout; // 指向出邊表 }; template class OLGraph { vector > m_D

17、ata; // 頂點向量 ……………… }; 2.5 鄰接多重表 2.4.1 結(jié)構(gòu)圖 無向圖的鄰接表有50%的冗余。精簡方法:每條邊對應(yīng)一個邊結(jié)點。 主要用于表示無向圖。 鄰接多重表結(jié)構(gòu) 2.4.2 類的定義 struct EdgeNode // 邊、弧結(jié)構(gòu) { int ivex; // 第一鄰接點編號 int jvex; // 第二鄰接點編號 double weight; ArcNode *ilink; // 指向第一鄰接點編號為i的邊結(jié)點 ArcNode *jlink; // 指向第二鄰接點編號為j的邊結(jié)

18、點 }; template struct VexNode // 頂點結(jié)構(gòu) { T data; ArcNode *firstedge; // 第一個邊結(jié)點 }; template class OLGraph { vector > m_Data; // 頂點向量 ……………… }; 第7章 圖 3 圖的遍歷 圖遍歷:從某頂點出發(fā),對每個頂點訪問且僅訪問一次。 圖遍歷與樹遍歷的比較: 區(qū)別 可能回到起點。 因為圖不能劃分為若干個互不相交的子圖。 算法擴展 對訪問過的頂點作標記,并

19、加以識別。 3.1 深度優(yōu)先搜索DFS(Depth First Search) 3.1.1 算法 ①設(shè)置一個標記數(shù)組,設(shè)所有頂點都未曾被訪問; ②從起點v出發(fā),訪問此頂點,同時設(shè)置訪問標記; ③依次從v的未被訪問過的鄰接點出發(fā)進行DFS; (效果:所有與v連通的頂點都被訪問過) ④若所有頂點都已訪問,則完成;否則,另擇起點v,轉(zhuǎn)至②。 圖的邏輯結(jié)構(gòu) 圖的鄰接表存儲結(jié)構(gòu) 以頂點0為起點的DFS:0,1,4,3,2 以頂點3為起點的DFS:3,1,4,2,0 3.1.2 算法實現(xiàn)(遞歸) // 帽子函數(shù) template vect

20、or ALGraph::DFSTraverse() { vector vs,vs1; // 實現(xiàn)步驟① vector visited(m_Data.size(),false); // 實現(xiàn)步驟④ for(int v=0; v

21、),vs1.end()); } return vs; } template void ALGraph::DoDFSTraverse(int v,vector& visited,vector& vs) { // 實現(xiàn)步驟② vs.push_back(m_Data[v].data); visited[v]=true; // 實現(xiàn)步驟③ for(ArcNode *p=m_Data[v].firstarc; p; p=p->nextarc) { int w=p->adjvex; if(visit

22、ed[w]==false) DoDFSTraverse(w,visited,vs); } } 思考1:與樹的遞歸遍歷算法的共性。 思考2:時間復(fù)雜度? 思考3:計算DFS生成樹的各邊。 思考4:若采用鄰接矩陣結(jié)構(gòu),程序如何調(diào)整? 3.1.3 調(diào)試示例 紅色邊:構(gòu)成DFS生成森林,稱為樹邊。 結(jié)點中的左數(shù)字:開始訪問該結(jié)點的步驟; 結(jié)點中的右數(shù)字:完成訪問該結(jié)點的所有鄰接點的步驟; 3.1.4 調(diào)試中的深入思考 搜索過程中,邊的分類: 回邊:子孫結(jié)點指向祖先結(jié)點。 前向邊:祖先結(jié)點指向子孫結(jié)點。 交叉邊:子樹/樹之間

23、的邊。 應(yīng)用:若在DFS過程中,沒有發(fā)現(xiàn)回邊,則該圖無環(huán)。 3.1.5 判斷無向圖中是否是連通,并計算連通分量的個數(shù) int ALGraph::DFSTraverse() { vector vs,vs1; int n=0; vector visited(m_Data.size(),false); for(int v=0; v

24、sited,vs1); n++; vs.insert(vs.end(),vs1.begin(),vs1.end()); } return n; } 3.1.5 判斷無向圖中是否有回路 // 不適用于有向圖 template bool ALGraph::HasCircle() { vector visited(m_N,false); for(int v=0; v

25、rcle(v,visited)==true) return true; // 存在環(huán) return false; // 所有連通分量中,不存在環(huán) } template bool ALGraph::DoHasCircle(int v,vector& visited) { visited[v]=true; for(ArcNode *p=m_Data[v].firstarc; p; p=p->nextarc) { int w=p->adjvex; if(visited[w]==true)

26、 return true; // w已被訪問過,即發(fā)現(xiàn)環(huán)路 if(DoHasCircle(w,visited)) return true; // 在以w為起點的DFS中發(fā)現(xiàn)環(huán)路 } return false; // 在以v為起點的DFS中,沒有發(fā)現(xiàn)環(huán)路 } 3.2 廣度優(yōu)先搜索BFS(breadth first search) 3.2.1 算法 ①設(shè)所有頂點都未曾被訪問; ②將起點編號加入隊列,同時設(shè)置訪問標記; ③取隊首元素,設(shè)為v,訪問結(jié)點v; ④依次將v的各個未被訪問過的頂點加入隊列,同時設(shè)置訪問標記; ⑤若隊

27、列不空,則循環(huán)執(zhí)行③④,否則⑥; ⑥若所有頂點都已訪問,則完成;否則,另擇起點V,轉(zhuǎn)至②。 已知鄰接表,求遍歷序列。 以頂點0為起點的BFS:0,1,3,4,2 以頂點3為起點的BFS:3,1,0,4,2 3.2.2 算法實現(xiàn) // 帽子函數(shù) template vector ALGraph::BFSTraverse() { vector vs,vs1; // 實現(xiàn)步驟① vector visited(m_Data.size(),false); // 實現(xiàn)步驟⑥ for(int v=0; v<

28、m_N; v++) if(visited[v]==false) { vs1.clear(); DoBFSTraverse(v,visited,vs1); vs.insert(vs.end(),vs1.begin(),vs1.end()); } return vs; } template void ALGraph::DoBFSTraverse(int v,vector& visited,vector& vs) { queue

29、> Q; ArcNode *p; Q.push(v); visited[v]=true; // 步驟② while(!Q.empty()) // 步驟⑤ { v=Q.front(); Q.pop(); vs.push_back(m_Data[v].data); // 步驟③ // 步驟④ for(ArcNode *p=m_Data[v].firstarc; p; p=p->nextarc) { int w=p->adjvex; if(visited[w]==false)

30、 { Q.push(w); visited[w]=true; } } } } 思考1:與樹的層次遍歷算法的共性。 思考2:時間復(fù)雜度? 思考3:計算BFS生成樹的各邊。 思考4:計算起點到其余各頂點的最短路徑。 3.2.3 調(diào)試示例 紅色邊:構(gòu)成BFS生成森林,稱為樹邊。 結(jié)點數(shù)字:距離起點的路徑長度 3.4 生成樹、生成森林的存儲結(jié)構(gòu)(擴展思考) 在遍歷中,如何將生成樹、生成森林,以孩子兄弟法存儲起來? 圖的鄰接表結(jié)構(gòu) 圖的生成森林的二叉鏈表結(jié)構(gòu) 3.5 關(guān)節(jié)點、

31、重連通分量(擴展思考) 3.5.1 概念 關(guān)節(jié)點 若刪除某頂點及其關(guān)聯(lián)各邊,圖的一個連通分量將分割為多個連通分量,則該頂點是關(guān)節(jié)點。 重連通分量 沒有關(guān)節(jié)點的連通圖。 圖的連通度 若在連通圖上至少要刪除k個頂點才能破壞圖的連通性,則該圖的圖的連通度為k。 實際意義:連通度等價于系統(tǒng)的可靠度。 算法:在DFS生成樹,根結(jié)點至少有2個子結(jié)點,則為關(guān)節(jié)點。 第7章 圖 專題1 圖的非遞歸深度遍歷算法 1.1 狀態(tài)的定義 struct Status // 遍歷狀態(tài)類 { int v; // 遍歷中的當前頂點編號 ArcNode *p;

32、// 當前頂點已經(jīng)訪問的弧結(jié)點的指針 }; 1.2 與遞歸函數(shù)完全相同的帽子函數(shù) template vector ALGraph::DFSTraverse() { vector vs,vs1; vector visited(m_N,false); for(int v=0; v

33、 vs.insert(vs.end(),vs1.begin(),vs1.end()); } return vs; } 1.3 借助狀態(tài)棧的回溯法 // 約定每個頂點被訪問之后,再進棧 與樹先根算法的區(qū)別:訪問標記的處理 template void ALGraph::DoDFSTraverse(int v,vector& visited,vector& vs) { stack S; vs.push_back(m_Data[v].data); visited[v]=true; St

34、atus s1={v,m_Data[v].firstarc}; S.push(s1); while( !S.empty() ) { Status &s=S.top(); // s是棧頂狀態(tài)的引用 // 尋找v的下一個未訪問過的鄰接點 for(; s.p; s.p=s.p->nextarc) if(visited[s.p->adjvex]==false) break; if(s.p) { int w=s.p->adjvex; // 頂點w未訪問過 vs.push_back(m_Data[w].data); v

35、isited[w]=true; Status nexts; nexts.v=w; nexts.p=m_Data[w].firstarc; S.push(nexts); } else S.pop(); // 以v為起點的搜索已經(jīng)完畢 } } 1.4 調(diào)試案例 訪問0 訪問1 訪問4 訪問3 訪問2 第7章 圖 專題2 地圖著色問題 2.1 地圖著色問題及其邏輯結(jié)構(gòu) 設(shè)一張地圖有n個區(qū)域,用不多

36、于4種顏色對這些區(qū)域進行著色,相鄰區(qū)域應(yīng)具有不同的顏色。 區(qū)域圖 邏輯結(jié)構(gòu)圖 2.2 地圖著色判斷問題 試設(shè)計算法,以一種著色方案為輸入,算法對該著色方案進行考察,判別是否滿足著色要求。 // colors[0]...colors[m_N-1]存儲了所有區(qū)域的顏色值 template bool ALGraph::Check(vector &colors) { for(int i=0; inextarc)

37、 if(colors[p->adjvex]==colors[i]) return false; return true; } // colors[0]...colors[n-1]存儲了部分區(qū)域的顏色值 template bool ALGraph::Check(vector &colors,int n) { for(int i=0; inextarc) if(p->adjvex

38、->adjvex]==colors[i]) return false; return true; } 2.3 計算所有的地圖著色方案 template vector > ALGraph::GetAllColors() { vector > allColors; // 所有的著色方案 vector Colors(m_N,0); // 當前著色方案 GetAllColors(0,Colors,allColors); return allColors;

39、 } template void ALGraph::GetAllColors(int i, vector Colors, vector > &allColors) { if(i==m_N) { // 當前著色方案已經(jīng)全部齊備 if(Check(Colors)) allColors.push_back(Colors); return; } for(int color=1; color<=4; color++) { Colors[i]=color; // 第i個區(qū)域設(shè)

40、置為color顏色 if(Check(Colors,i+1)) // 剪枝法:檢查局部解的合理性 GetAllColors(i+1,Colors,allColors); } } 2.3 小結(jié) 本質(zhì)上,窮舉所有的著色方案,是遍歷4叉樹所有葉子結(jié)點的過程。效率不高,但配合剪枝法的應(yīng)用,能較好的改善算法性能。 作業(yè)與上機 1 圖的鄰接表類 建立鄰接表類,深度、廣度遍歷之,盡可能的豐富鄰接表類的成員函數(shù); 方向1:計算生成樹/生成森林的弧向量,進而建立生成樹/生成森林的樹的存儲結(jié)構(gòu)。 方向2:判別圖中是否存在回路; 方向3:計算頂點之間的

41、最短的路徑長度; 方向4:計算圖中的關(guān)節(jié)點,進而計算圖的連通度; 方向5:參照樹的非遞歸遍歷算法,實現(xiàn)圖的非遞歸深度遍歷算法。 方向6:計算地圖著色的一個/所有著色方案。 2 圖的應(yīng)用 Prim算法、Kruskal算法 Dijkstra算法、Floyd算法。 拓撲排序算法、關(guān)鍵路徑算法。 第7章 圖 4 最小生成樹 4.1 概念 最小生成樹:各邊權(quán)值之和最小的生成樹。 原圖 生成樹一 生成樹二 生成樹三 4.2 Prim算法 4.2.1 算法思路 設(shè)圖G=(V,E),從起點v出發(fā),構(gòu)造最小生成樹T=(VT,ET)。

42、①初始化VT={v},ET={}; ②找權(quán)值最小的(Vp,Vq), Vp∈VT, Vq∈V-VT; ③將(Vp,Vq)并入ET,同時Vq并入VT; ④重復(fù)②③步驟n-1次。 4.2.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ①圖的結(jié)構(gòu) 因需要頻繁地讀取邊的權(quán)值,所以采用鄰接矩陣。 調(diào)試案例:以頂點4為起點,構(gòu)造最小生成樹。 M_Data: {{ 0, 2,Inf,Inf,Inf, 7, 3,Inf,Inf}, { 2, 0, 4,Inf,Inf,Inf, 6,Inf,Inf}, {Inf, 4, 0, 2,Inf,Inf,Inf, 2,Inf}, {Inf,I

43、nf, 2, 0, 1,Inf,Inf, 8,Inf}, {Inf,Inf,Inf, 1, 0, 6,Inf,Inf, 2}, { 7,Inf,Inf,Inf, 6, 0,Inf,Inf, 5}, { 3, 6,Inf,Inf,Inf,Inf, 0, 3, 1}, {Inf,Inf, 2, 8,Inf,Inf, 3, 0, 4}, {Inf,Inf,Inf,Inf, 2, 5, 1, 4, 0} }; ②輔助結(jié)構(gòu) 針對:找權(quán)值最小的(Vp,Vq), Vp∈VT, Vq∈V-VT; 設(shè)計結(jié)構(gòu):VT外每個頂點到V

44、T的最短距離。 struct ShortDist // 表示某頂點到VT的最短距離及對應(yīng)頂點 { float Distance; // VT外頂點到VT的最短距離 int VexInTree;// VT對應(yīng)的頂點編號 }; vector SDs; 表示所有頂點到VT的最短距離及對應(yīng)頂點。 示例:以V4為起點構(gòu)造最小生成樹,SDs的初始數(shù)據(jù): 下標 0 1 2 3 4 5 6 7 8 VexInTree 4 4 4 4 4 4 4 4 4 Distance INF INF INF 1 0 6 I

45、NF INF 2 SDs[i].Distance=0的含義:頂點i已在生成樹中 4.2.3 算法及分析 ① 初始化SDs; ② 在SDs中,找出Distance最小非0值的下標k; ③ (SDs[k].VexInTree,k)為生成樹的邊; k是樹外某點,SDs[k].VexInTree是樹內(nèi)某點; ④ SDs[k].Distance=0,即頂點k并入生成樹; ⑤ 若cost[k][i]

46、ee 4 4 4 4 4 4 4 4 4 Distance M M M 1 0 6 M M 2 第一次循環(huán)后 VexInTree 4 4 3 4 4 4 4 3 4 Distance M M 2 0 0 6 M 8 2 第二次循環(huán)后 VexInTree 4 2 3 4 4 4 4 2 4 Distance M 4 0 0 0 6 M 2 2 設(shè)圖頂點數(shù)為n,時間復(fù)雜度是O(n2),空間復(fù)雜度是O(n)。 4.2.4 算法實現(xiàn)一:求MST的所有邊 vector

47、ge> MGraph::Prim1(int startv) { int n=m_Es->size(); vector tree(n-1); vector SDs(n); for(int i=0; i

48、小非0值的下標k if(SDs[j].Distance!=0 && SDs[j].Distance

49、tance) { SDs[j].Distance=(*m_Es)[k][j]; SDs[j].VexInTree=k; } } return tree; } 4.2.5 算法實現(xiàn)二:求MST的樹結(jié)構(gòu) // 生成一棵雙親表示法的樹,存于tree中 vector MGraph::Prim1(int startv) { int n=m_Es->size(); vector tree(n-1); vector SDs(n); for(int i=0; i

50、xInTree=startv; SDs[i].Distance=(*m_Es)[startv][i]; } for(i=0; i

51、 tree[i].weight=SDs[k].Distance; SDs[k].Distance=0; // 將頂點k納入生成樹中 for(j=0; j

52、4 -1 8 8 2 4 結(jié)構(gòu)解釋 4.3 Kruskal算法 4.3.1 算法思路 ①盡可能選擇n-1條權(quán)值最小的邊; ②但不能構(gòu)成回路。 4.3.2 算法步驟 ①初始化VT=V,ET={},即n個頂點是n個連通分量; ②選擇權(quán)值最小的邊(Vp,Vq); ③若Vp、Vq不屬于同一連通分量,將(Vp,Vq)并入ET;否則,舍棄。 ④重復(fù)②③,直至選取了n-1條邊。 4.3.3 連通分量表示與合并 連通分量:采用子集樹的存儲結(jié)構(gòu)。 vector parents(m_N,-1); 連通分量的合

53、并:子集樹的合并。 4.3.4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) struct Edge { int v1,v2; double weight; bool operator<(Edge &e) { return weight m_Es; // 有序邊集 public: Graph(int n,vector & es) { m_N=n; m_Es=es; sort(m_Es.begin(), m_Es.en

54、d()); } vector Kruskal(); ………… } 4.3.5 算法實現(xiàn) vector Graph::Kruskal() { vector tree(m_N-1); vector parents(m_N,-1); for(int k=0,i=0; i

55、ends) { parents[begins]=ends; // 合并子集樹 tree[k] =m_Es[i]; k++; if(k==m_N) return tree; // 找到了全部的樹邊 } } return tree; } // 計算頂點v所屬的連通分量的編號 int Graph::Find(vector sets, int v) { while(sets[v]>=0) v=sets[v]; return v; } 4.3.6 調(diào)試案例 3,4:1 6

56、,8:1 4,8:2 0,1:2 2,7:2 2,3:2 0,6:3 6,7:3 1,2:4 7,8:4 5,8:5 4,5:6 1,6:6 0,5:7 3,7:8 三元組 begins ends 0 1 2 3 4 5 6 7 8 初始化 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 3,4:1 3 4 -1 -1 -1 4 -1 -1 -1 -1 -1 6,8:1 6 8 -1 -1 -1 4 -1 -1 8 -1 -1 4,8:2 4 8 -1

57、-1 -1 4 8 -1 8 -1 -1 0,1:2 0 1 1 -1 -1 4 8 -1 8 -1 -1 2,7:2 2 7 1 -1 7 4 8 -1 8 -1 -1 2,3:2 7 8 1 -1 7 4 8 -1 8 8 -1 0,6:3 1 8 1 8 7 4 8 -1 8 8 -1 6,7:3 8 8 1,2:4 8 8 7,8:4 8 8 5,8:

58、5 5 8 1 8 7 4 8 8 8 8 -1 4.3.7 性能分析 設(shè)圖的頂點個數(shù)為n,邊數(shù)為e。邊數(shù)組已經(jīng)按權(quán)值有序。 空間復(fù)雜度: O(n) “選邊”的時間復(fù)雜度: 最好O(n); 最差O(e) “求子集”的時間復(fù)雜度:最好O(log2n);最差O(n) 4.4 暢想 Prim算法 適合稠密圖 Kruskal算法 適合稀疏圖 感受“貪心法”:用局部最優(yōu)解,組合全局最優(yōu)解。 第7章 圖 5 最短路徑 約定:路徑長度等于路徑中邊/弧權(quán)值之和;所有邊/弧權(quán)大于0。 5.1 單源點的最短路徑問題

59、 性質(zhì): 最短路徑由最短子路徑組成。 策略: 由近及遠計算到各頂點的最短路徑。 Edsger Dijkstra (1930-2002) 經(jīng)典之作:“GoTo Statement Considered Harmful”。 1972年因發(fā)明ALGOL語言而獲得圖靈獎,獲獎演說是“The Humble Programmer”。 在操作系統(tǒng)中,提出了PV操作;…… 5.1.1 問題與對策 ①如何存儲源點v到其余頂點的最短路徑長度? vector sds; 初值:sds = (*m_Es)[v]; ②如何區(qū)

60、分已求解結(jié)點和未求解結(jié)點? vector set(m_N,false); set[i]==true 表示頂點i未求解 set[i]==false 表示頂點i已求解 ③如何表示已求解結(jié)點w對未求解結(jié)點i的影響? 若sds[w]+(*m_Es)[w][i]

61、選取與頂點v最近的結(jié)點w,成為已求解結(jié)點; ③借助結(jié)點w,修改從v出發(fā)到其余未求解結(jié)點的最短路徑長度; ④重復(fù)②③步驟N-1次。 案例演示 0,Inf,10,Inf,30,100; Inf,0,5,Inf,Inf,Inf; Inf,Inf,0,50,Inf,Inf; Inf,Inf,Inf,0,Inf,10; Inf,Inf,Inf,20,0,60; Inf,Inf,Inf,Inf,Inf,0 0 1 2 3 4 5 初始化 dist 0 Inf 10 Inf 30 100 set True false false

62、false false false path 第一次循環(huán)后 dist 0 Inf 10 60 30 100 set True false True false false false path 2 第二次循環(huán)后 dist 0 Inf 10 50 30 90 set True false True false True S path 4 4 第三次循環(huán)后 dist 0 Inf 10 50 30 60 set True false True

63、 True True false path 4 4,3 5.1.3 算法實現(xiàn)一:求最短路徑長度向量 vector MGraph::Dijkstra(int v) { vector sds=(*m_Es)[v]; vector set(m_N,false); set[v] =true; for(int i=1; i

64、set[j]==false && sds[w]+(*m_Es)[w][j] sds,vector set) { double min=Inf; int w; for(int i=0; i

65、 } 空間復(fù)雜度: O(n) 時間復(fù)雜度: O(n*n) 5.1.4 算法實現(xiàn)二:求最短路徑向量 vector > MGraph::DijkstraPath(int v) { vector sds=(*m_Es)[v]; vector > paths(m_N); vector set(m_N,false); set[v] =true; for(int i=1; i

66、 for(int j=0; jj最短路徑 A1[i][j]=min(A0[i][0]+A0[0][j],A0[i][j]) 以頂點0、頂點1為中間頂點的i->j最短路徑 A2[i][j]=min(A1[i][1]+A1[1][

展開閱讀全文
溫馨提示:
1: 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
2: 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
3.本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
5. 裝配圖網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

相關(guān)資源

更多
正為您匹配相似的精品文檔
關(guān)于我們 - 網(wǎng)站聲明 - 網(wǎng)站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網(wǎng)站客服 - 聯(lián)系我們

copyright@ 2023-2025  zhuangpeitu.com 裝配圖網(wǎng)版權(quán)所有   聯(lián)系電話:18123376007

備案號:ICP2024067431-1 川公網(wǎng)安備51140202000466號


本站為文檔C2C交易模式,即用戶上傳的文檔直接被用戶下載,本站只是中間服務(wù)平臺,本站所有文檔下載所得的收益歸上傳人(含作者)所有。裝配圖網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對上載內(nèi)容本身不做任何修改或編輯。若文檔所含內(nèi)容侵犯了您的版權(quán)或隱私,請立即通知裝配圖網(wǎng),我們立即給予刪除!