图是表达多对多关系的一种数据结构,组成要素为顶点和连接顶点的边。
根据边有无方向可分为有向图和无向图
当边有权重时,升级为有向网和无向网
图在存储时,可采用邻接矩阵,比如下面的无向图(A)和(B)
用邻接矩阵可分别表示为下面这样
每一行代表一个顶点,每一列也对应一个顶点,对于无向图,边没有方向,顶点之间相互连接,则对应位置设为1,否则为0,无向图的邻接矩阵是对称的。
对于有向图,边是有方向的,所以有向图的边不叫边,叫有向边或者弧,个人觉得有向边更直观,那么有向图的行,代表着该顶点到达哪些顶点,可达的记为1,否则为0,有向图的列,代表着该顶点可由哪些顶点到达,可达的记为1,否则为0。
有了这些基本概念,就可以基于C语言实现其存储了,注意,这里采用的是邻接矩阵的存储方式。
上代码。
#include <stdio.h> #define MAX_VERtEX_NUM 20 //顶点的最大个数 #define VRType int //表示顶点之间的关系的变量类型 #define InfoType char //存储弧或者边额外信息的指针变量类型 #define VertexType int //图中顶点的数据类型 typedef enum{DG,DN,UDG,UDN}GraphKind; //枚举图的 4 种类型 typedef struct { VRType adj; //对于无权图,用 1 或 0 表示是否相邻;对于带权图,直接为权值。 InfoType * info; //弧或边额外含有的信息指针 }ArcCell,AdjMatrix[MAX_VERtEX_NUM][MAX_VERtEX_NUM]; typedef struct { VertexType vexs[MAX_VERtEX_NUM]; //存储图中顶点数据 AdjMatrix arcs; //二维数组,记录顶点之间的关系 int vexnum,arcnum; //记录图的顶点数和弧(边)数 GraphKind kind; //记录图的种类 }MGraph; //根据顶点本身数据,判断出顶点在二维数组中的位置 int LocateVex(MGraph * G,VertexType v){ int i=0; //遍历一维数组,找到变量v for (; i<G->vexnum; i++) { if (G->vexs[i]==v) { break; } } //如果找不到,输出提示语句,返回-1 if (i>G->vexnum) { printf("no such vertex. "); return -1; } return i; } //构造有向图 void CreateDG(MGraph *G){ //输入图含有的顶点数和弧的个数 scanf("%d,%d",&(G->vexnum),&(G->arcnum)); //依次输入顶点本身的数据 for (int i=0; i<G->vexnum; i++) { scanf("%d",&(G->vexs[i])); } //初始化二维矩阵,全部归0,指针指向NULL for (int i=0; i<G->vexnum; i++) { for (int j=0; j<G->vexnum; j++) { G->arcs[i][j].adj=0; G->arcs[i][j].info=NULL; } } //在二维数组中添加弧的数据 for (int i=0; i<G->arcnum; i++) { int v1,v2; //输入弧头和弧尾 scanf("%d,%d",&v1,&v2); //确定顶点位置 int n=LocateVex(G, v1); int m=LocateVex(G, v2); //排除错误数据 if (m==-1 ||n==-1) { printf("no this vertex "); return; } //将正确的弧的数据加入二维数组 G->arcs[n][m].adj=1; } } //构造无向图 void CreateDN(MGraph *G){ scanf("%d,%d",&(G->vexnum),&(G->arcnum)); for (int i=0; i<G->vexnum; i++) { scanf("%d",&(G->vexs[i])); } for (int i=0; i<G->vexnum; i++) { for (int j=0; j<G->vexnum; j++) { G->arcs[i][j].adj=0; G->arcs[i][j].info=NULL; } } for (int i=0; i<G->arcnum; i++) { int v1,v2; scanf("%d,%d",&v1,&v2); int n=LocateVex(G, v1); int m=LocateVex(G, v2); if (m==-1 ||n==-1) { printf("no this vertex "); return; } G->arcs[n][m].adj=1; G->arcs[m][n].adj=1;//无向图的二阶矩阵沿主对角线对称 } } //构造有向网,和有向图不同的是二阶矩阵中存储的是权值。 void CreateUDG(MGraph *G){ scanf("%d,%d",&(G->vexnum),&(G->arcnum)); for (int i=0; i<G->vexnum; i++) { scanf("%d",&(G->vexs[i])); } for (int i=0; i<G->vexnum; i++) { for (int j=0; j<G->vexnum; j++) { G->arcs[i][j].adj=0; G->arcs[i][j].info=NULL; } } for (int i=0; i<G->arcnum; i++) { int v1,v2,w; scanf("%d,%d,%d",&v1,&v2,&w); int n=LocateVex(G, v1); int m=LocateVex(G, v2); if (m==-1 ||n==-1) { printf("no this vertex "); return; } G->arcs[n][m].adj=w; } } //构造无向网。和无向图唯一的区别就是二阶矩阵中存储的是权值 void CreateUDN(MGraph* G){ scanf("%d,%d",&(G->vexnum),&(G->arcnum)); for (int i=0; i<G->vexnum; i++) { scanf("%d",&(G->vexs[i])); } for (int i=0; i<G->vexnum; i++) { for (int j=0; j<G->vexnum; j++) { G->arcs[i][j].adj=0; G->arcs[i][j].info=NULL; } } for (int i=0; i<G->arcnum; i++) { int v1,v2,w; scanf("%d,%d,%d",&v1,&v2,&w); int m=LocateVex(G, v1); int n=LocateVex(G, v2); if (m==-1 ||n==-1) { printf("no this vertex "); return; } G->arcs[n][m].adj=w; G->arcs[m][n].adj=w;//矩阵对称 } } void CreateGraph(MGraph *G){ //选择图的类型 scanf("%d",&(G->kind)); //根据所选类型,调用不同的函数实现构造图的功能 switch (G->kind) { case DG: return CreateDG(G); break; case DN: return CreateDN(G); break; case UDG: return CreateUDG(G); break; case UDN: return CreateUDN(G); break; default: break; } } //输出函数 void PrintGrapth(MGraph G) { for (int i = 0; i < G.vexnum; i++) { for (int j = 0; j < G.vexnum; j++) { printf("%d ", G.arcs[i][j].adj); } printf(" "); } } int main() { MGraph G;//建立一个图的变量 CreateGraph(&G);//调用创建函数,传入地址参数 PrintGrapth(G);//输出图的二阶矩阵 return 0; }
以下面这张图为例
对应的输入输出为
2 6,10 1 2 3 4 5 6 1,2,5 2,3,4 3,1,8 1,4,7 4,3,5 3,6,9 6,1,3 4,6,6 6,5,1 5,4,5 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
这是按照邻接矩阵来存储的,邻接矩阵的空间开销是固定的,因此当矩阵比较稠密时比较划算,当顶点之间的连接比较稀疏时,采用邻接表更合适。