数据结构图的学习

基本概念

图(Graph)是由顶点的有穷非空集合和顶点之间边的集合组成,通常表示为:G(V,E),其中,G表示一个图,V是图G中顶点的集合,E是图G中边的集合。

无向图

在这张图中,有点集V = { 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 },边集E = { ( 1 , 2 ) , ( 1 , 5 ) , ( 2 , 3 ) , ( 2 , 5 ) , ( 3 , 4 ) , ( 4 , 5 ) , ( 4 , 6 ) } 。在无向图中,边( u , v ) (u,v)是一样的,因此只要记录一个就行了,也就是说方向是无关的。

有向图

有向图也很好理解,就是加上了方向性,顶点( u , v )之间的关系和顶点(v,u)之间的关系不同。例如你是我微信好友,我是你微信好友属于无向图关系你跟我是好友是一样的。而你欠我的钱和我欠你的钱关系就属于有向图关系,这可不能没有方向了。

加权图、无权图

与加权图对应的就是无权图,或叫等权图。如果一张图不含权重信息,我们就认为边与边之间没有差别。不过,具体建模的时候,很多时候都需要有权重,比如对中国重要城市间道路联系的建模,总不能认为从北京去上海和从北京去广州一样远(等权)。

图的存储
  • 1.邻接矩阵
    拥有n个顶点的图,它所包含的连接数量最多是n(n-1)个。因此,要表达各个顶点之间的关联关系,最清晰易懂的方式是使用二维数组(矩阵)。

如图所示,顶点0和顶点1之间有边关联,那么矩阵中的元素A[0][1]与A[1][0]的值就是1;顶点1和顶点2之间没有边关联,那么矩阵中的元素A[1][2]与A[2][1]的值就是0。

像这样表达图中顶点关联关系的矩阵,就叫做邻接矩阵。

  • 2.邻接表
    邻接矩阵的缺点是什么呢?占用了太多的空间。试想,如果一个图有1000个顶点,其中只有10个顶点之间有关联(这种情况叫做稀疏图),却不得不建立一个1000X1000的二维数组,实在太浪费了。为了解决邻接矩阵占用空间大的问题,人们想到了另一种图的表示方法:邻接表。

在邻接表中,图的每一个顶点都是一个链表的头节点,其后连接着该顶点能够直接达到的相邻顶点。

入度

是图论算法中重要的概念之一。它通常指有向图中某点作为图中边的终点的次数之和。当入度为 0 时,指有向图中的点不作为任何边的终点,也就是说,这一点所连接的边都把这一点作为起点。

1557. 可以到达所有点的最少点数目

给你一个 有向无环图 , n 个节点编号为 0 到 n-1 ,以及一个边数组 edges ,其中 edges[i] = [fromi, toi] 表示一条从点 fromi 到点 toi 的有向边。

找到最小的点集使得从这些点出发能到达图中所有点。题目保证解存在且唯一。

你可以以任意顺序返回这些节点编号。

示例 1:


输入:n = 6, edges = [[0,1],[0,2],[2,5],[3,4],[4,2]]
输出:[0,3]
解释:从单个节点出发无法到达所有节点。从 0 出发我们可以到达 [0,1,2,5] 。从 3 出发我们可以到达 [3,4,2,5] 。所以我们输出 [0,3] 。

题解:
class Solution {
    /**
     * 思路:
     * 如果图中有一条a->b的边,那么b一定不会在最小的点集中,因为b能到达的点a也一定能到达,且a还能比b多到达一个点(a自己),选b不如选a。因此,只有入度为0的点才可能在最小点集中。
     * 最小点集中必须包括所有入度为0的点,假如某个入度为0的点a不在最小点集中,那么最小点集中的其他点一定无法访问到a点,不符合最小点集能到达图中所有点的要求。
     * 因此最小点集为图中所有入度为0的点。
     */
    public List<Integer> findSmallestSetOfVertices(int n, List<List<Integer>> edges) {
        Set<Integer> tails = new HashSet<>(); //暂存尾节点数据
        Set<Integer> nodes = new HashSet<>();  //最小子集合

        for (List<Integer> list : edges) {
            tails.add(list.get(1));  //遍历存储每个子集合的尾数据
        }

        //遍历每个子集合,判断首数据,如果在所有尾数据都不包含,则该点入度为0
        for (List<Integer> list : edges) {
            if (tails.contains(list.get(0))) {
                //该点不是入度为0,继续下一个数判断
                continue;
            }

            //该点入度为0
            nodes.add(list.get(0));
        }

        List<Integer> listNode = new ArrayList<>();
        for (Integer node : nodes) {
            listNode.add(node);
        }

        return listNode;
    }
}
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