图graph,G(V,E)=Vertex(顶点集合)+Edge(边集合)

  • 线性表是一对一,树是一对多,图是多对多的关系。
  • 图中的数据元素我们称为顶点(相对于树中的结点),顶点集合不能为空,边集合可以为空。
  • 无向图——只要图中有一条边是无向边(A,B)。
  • 有向图——任意两顶点之间的边都是有向边(弧)<A,B>。
  • 无向完全图——n个顶点中任意两顶点之间都存在边的无向图。边的总数是n*(n-1)/2。
  • 有向完全图——n个顶点中任意两顶点之间都存在方向相反的有向边的有向图。边的总数是n*(n-1)。
  • 权——与图的边相关的数字。这些权可以表示从一个顶点到另一个顶点的距离或耗费。
  • 网——带权的图。如网络图中,各条边就是链路,链路都是有带权(距离或带宽)的。
  • 子图——G=(V,{E}),G'=(V',{E'}),其中V'是V的子集,E'是E的子集,则称G'是G的子图(subgraph)。
  • 顶点v的度degree——是和顶点v相连接的边的数目。对于有向图的顶点的度还分为出度和入度。
  • 邻接点——同一条边的两个点互为邻接点。
  • 路径——指从一个顶点到另一个顶点所经过的顶点的序列。树的路径唯一,但图的路径不唯一,所以有很多求最短路径的算法。在网络图中,路径又叫路由。
  • 路径的长度——路径上的边或弧的数目。
  • 回路或环——第一个顶点和最后一个顶点相同的路径。
  • 简单路径——路径序列中没有重复出现的顶点。
  • 简单回路——除了第一个和最后一个顶点相同外,其余的顶点都不相同。
  • 连通图(connected graph)——无向图中任意两个顶点都有路径(即都是连通的)。
  • 非连通图——存在两个顶点之间没有路径,即不连通。有n个顶点,但只有小于n-1条边,一定是非连通图。
  • 连通分量——无向图中的极大连通子图。连通图本身即是,而非连通图中最大的连通子图即是。
  • 强连通图——有向图中,任意两个顶点都存在双向连通的路径。有向图的非强连通图,对应有强连通分量。
  • 生成树——一个连通图的极小连通子图,它含有图中全部的n个顶点,但只有足以构成一棵树的n-1条边(即去掉了环路)。不过n个顶点有n-1条边并不一定是生成树,比如一个非连通图中有一部分是个环路。因此生成树的前提一定是连通图。
  • 有向树——一个有向图恰有一个顶点的入度为0(根结点),其余顶点的入度均为1。
  • 生成森林——一个有向图的所有顶点,被分成若干颗不相交的有向树,这些有向树就组成了有向森林。

图的存储结构

  • 因为顶点间多对多的关系,所以不能用简单的顺序结构数组来表示。
  • 因为各个顶点的度不一致,所以不能用数据域+若干指针域的多重链表形式来表示,否则将造成很大的浪费。
  • 图的存储结构有5种特别的。

1、邻接矩阵——重点关注顶点

2、邻接表——对邻接矩阵空间浪费的改进,重点关注顶点

3、十字链表——对有向图的邻接表进行改进,重点关注顶点

  • 将展示出度的邻接表和展示入度的逆邻接表整合在一起。

4、邻接多重表——对无向图的邻接表进行改进,重点关注边

  • 更关注边的操作,仿照十字链表。
  • 邻接多重表与邻接表的差别:同一条边,在邻接表中要用两个结点表示,因此不便于删除一条边。然而在邻接多重表中,每个节点表示一条边,要删除边很简单。

5、边集数组——重点关注边,特别是与边的权值有关的最小生成树问题

图的遍历方式

1、深度优先搜索遍历DFS——类似于树的先序遍历,使用递归

2、广度优先搜索遍历BFS——类似于树的层序遍历,使用队列


总结分析两种遍历方式

寻找最小生成树——最小代价生成树

以最小的成本完成任务?
在一个带权值的图中,即网中,n个顶点找到n-1条边将他们连起来成为连通图,并且各边的权值总和最小,即为成本(代价)最小。类似的问题就是最小生成树问题。

1、普里姆(Prim)算法——邻接矩阵,以某顶点为起点,逐步找各顶点上最小权值的边来扩展生成树,然后将新的生成树的各个顶点往外扩展又加入一条最小权值的边,以此类推,直到所有顶点都加入得到最小生成树。算法时间复杂度O(n^2)。其中n为顶点个数。

2、克鲁斯卡尔(Kruskal)算法——边集数组,先将各条边按照权值排序,然后再依次将各边加入到最小生成树,遇到形成回路的边就舍弃,直到所有顶点都加入了。算法时间复杂度O(n*logn),其中n为边数。可见边数较少的稀疏图时,用该算法更优,但是边数很多的稠密图用普里姆算法效果更好。

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