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  • 【数据结构】图之初体验

    什么是图

        "图是由一些顶点和和一组能够连接2个顶点的边组成"   ---《算法》

         

    图的分类

    无向图:连接顶点的连线叫 边, 只在意2个顶点是否连接,不在意谁连向谁。

    有向图:连接顶点的连线叫 弧, 不仅在意2个顶点是否连接,还在意谁连向谁。

    无向加权图:无向图的基础上,为边赋予一个数值,当做这个边的权重。

    有向加权图:有向图的基础上,为弧赋予一个数值,当做这个弧的权重。

    下面有具体的分析。

    图的性质

     1、元素构成的集合中的任意2个元素之间的关系是任意的的:可能相关联,也可能不相关。可能互相关联,也可能单向关联。
     2、元素 之间无主次关系,所有元素 都是平等的 (peer)。
     3、图中的顶点是不在意位置,或者顺序的。图只在意顶点之间的连接关系。
     
     

    怎样表示图

    ①用一个集合保存图中的所有元素
    ②用另一个集合保存所有元素之间的关联 关系(边,或者弧)
    这个2个集合,就能确定一个图
    下面举例说明。
     
     

    无向图    

    若G表示一个图,则  :G = < V ,  E> 
     
    其中V代表图中的所有顶点(元素)构成的有限集合
     
    集合E,表示图所有的关联关系(边or弧)。我们知道 图中2个节点的关系 是由2个顶点确定的,所以,集合E中的元素都是成对的顶点。
     
    根据下图可以写出这两个集合
     
    V = { a,b,c,d,e,f  }
    E = { (a,c) , (a,d ) , (c,e ) , ( c,b) , ( b,f  ),  (d,e)  (e,f)   }
     
    V,存储所有的元素,E,存储元素之间的关联关系。
    图中 a和c 有 关联,则E集合中有(a,c)这个元素。
    可以发现,在下面这个图中,我们只强调2个元素之间是否有连接,而不在意是 谁连向谁,也就是连线只有 有无2种状态,没有方向,(a,c)  等价于(c,a) ,这就是无向图。
     
     
     
         
     
     
     
     

    有向图

    与无向图不同的是,有向图不仅在意是否关联,还强调关联的方向:c----->e    e----->c  是不同的
    同样我们写出V和E 2个集合
     
    V = { a,b,c,d,e,f  }
    E = { <a,c> , <b,c > , <b,f>,<c,e > , <d,a>, <d,e> ,<e,c> ,  <e,f>   }
     
    同时要注意:无向图中的关联关系 用  ( )  圆括号表示  ,而有向图 中 用  < > 尖括号
     
     
     
     

     一些术语解释

    顶点(Vertex):图中的元素,叫做顶点
    边(Edge):无向图中,顶点与顶点之间的连线
    弧(Arc):有向图中,顶点与顶点之间有方向的连线
    弧头:
    弧尾 :
     
                  
     
    邻接点:      与这个顶点有直接关联的顶点
    顶点的度:   与这个顶点 关联的边(弧)的数目
    顶点的出度:有向图中,这个顶点向外发射多少弧,就是多少度
    顶点的入度:有向图中,顶点接收其他顶点的弧的条数,就是多少度
                        有向图中:顶点的度 =  出度 + 入度
     
     
    子图:若有G = <V , E >   , G1 = <V1,E1>  ,且  V1是V的子集,E1是E的子集,则  G1为G的子图
     
     
     
    有圈图:允许顶点自己和自己关联
    无圈图:不允顶点许自己和自己关联(不特殊说明,我们一般都是指无圈图)
     
     
     
    路径:从一个顶点到另一个顶点的通路,由边(弧)组成。边(弧)的条数,就是路径的长度
           
    简单路径:通路中经过的顶点不重复。
    简单环   :特殊的路径,从起点出发,再回到起点,形成的路径。经过的顶点不重复。
    不特殊说明,一般我么研究的路径都是简单的。
     
     
            
     
     

    无向加权图和有向加权图(又叫无向网和有向网)

     
    何为加权?
    加权:为边(弧)分配权值(weight),这个权值的意义在与衡量 跨越2个顶点的某项指标。比如在一个地图上,A.B  2点 用打车的费用代表这2个顶点的权。
     
          
     
     
     
     
     

    连通图与非连通图

     
    连通图:无向图中,任意2个顶点之间,总有路径可以互通(不一定要是直达,中途可以借助一些顶点为跳板"转达")。完全图一定是连通图。
    非连通图:整个图由 n 个现孤立 连通图组成。非连通图中的每一个孤立部分都是它的极大连通子图。
     
    可以这样想:将一个图的顶点想象为念珠,边为连接念珠的细绳,如果随意提起一颗念珠,所有的念珠都会被提起来,就说明这个是连通图,否则不是。
     
     
     
     
    连通分量:无向图中,每一个极大连通子图都叫一个连通分量。如上图右边,A是一个连通分量,B也是一个连通分量。
    连通图的(最小)生成树:   图和树的一个很大的区别是,树中一定不能有环,但是图就没有这个要求了。一个树也是一个图。
                    一个连通图(注意这是前提)的生成树就是一个包含原图中所有顶点的树。
              
     
     
     
    强连通图: 有向图中,任意2个顶点之间都有出,入的2种弧。
    强连通分量:有向图中,极大(顶点数最多的)强连通图
     
     
     
     

    无向完全图  和  有向完全图

    无向完全图
    无向图中,每个顶点与其他顶点都有边相关联,则这个图就是(无向)完全图。
     
    可知:有n个顶点的完全图的边为 :   =    1/2 *  n   * (n-1)
     
    有向完全图
    有向图中,每个顶点与其他顶点都有 出 和  入 2种 弧 ,则这个图就是有向完全图
     
    可知:有n个顶点的有向完全图的弧为: 2*  (  1/2 *  n   * (n-1)  )      =   n   * (n-1)
     
     
     
    也可知:有n个顶点的无向图中,边数 L 满足 :     0<= L <=   1/2 *  n   * (n-1)
                   有n个顶点的有向图中,弧数 L 满足 :     0<= L <=  n   * (n-1)
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
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