深度优先遍历:类似与树的前序遍历。从图中的某个顶点v出发,访问此顶点,然后从v的未被访问到的邻接点进行遍历,直到图中所有和v有路径相通的顶点都被访问到(注:优先访问外层节点,访问到无新顶点时,会进行回退,访问未被访问过的分支顶点)。
广度优先遍历:类似于树的层序遍历。从图中的某个顶点w出发,让顶点w入队,然后顶点w再出队,并让所有和顶点w相连的顶点入队,然后再出队一个顶点t,并让所有和t相连但未被访问过的顶点入队……由此循环,指定图中所有元素都出队。
实现代码如下:
// 邻接矩阵的深度和广度优先遍历
#include <stdio.h>
#define OK 1 // 执行成功
#define ERROR 0 // 执行失败
#define TRUE 1 // 返回值为真
#define FALSE 0 // 返回值为假
typedef int Status; // 执行状态(OK、ERROR)
typedef int Boolean; // 布尔值(TRUE、FALSE)
typedef char VertexType; // 顶点元素类型
typedef int EdgeType; // 边上权值的类型
#define MAXSIZE 9 // 队列储存空间初始分配量
#define MAXVEX 100 // 最大顶点数
// 邻接矩阵结构(无向图)
typedef struct {
VertexType vexs[MAXVEX]; // 顶点表
EdgeType arc[MAXVEX][MAXVEX]; // 边表
int numNodes, numEdges; // 图的顶点数、边数
} MGraph;
/************** 用到的队列结构与函数 **************/
// 循环队列顺序存储结构
typedef struct {
int data[MAXSIZE]; // 用于存值的数组
int front; // 头指针
int rear; // 尾指针,若队列不空,指向队尾元素的下一个位置
} Queue;
/**
* 初始化一个空队列
* @param Q 队列
* @return 执行状态
*/
Status InitQueue(Queue *Q) {
Q->front = Q->rear= 0; // 队头和队尾指针都指向0
return OK;
}
/**
* 判断队列是否为空
* @param Q 队列
* @return 队列是否为空
*/
Boolean QueueEmpty(Queue Q) {
if (Q.front == Q.rear) { // 队头等于队尾指针,队列为空
return TRUE;
} else {
return FALSE;
}
}
/**
* 将元素e插入队列Q的队尾
* @param Q 队列
* @param e 插入的元素
* @return 执行状态
*/
Status EnQueue(Queue *Q, int e) {
// 队列已满,插入失败
if ((Q->rear + 1) % MAXSIZE == Q->front) {
return ERROR;
}
// 将元素e插入队尾
Q->data[Q->rear] = e;
// 设置队尾指针指向下一个位置,若到最后则转向头部
Q->rear = (Q->rear + 1) % MAXSIZE;
return OK;
}
/**
* 队头元素出队,用e返回其值
* @param Q 队列
* @param e 队头元素的值
* @return 执行状态
*/
Status DeQueue(Queue *Q, int *e) {
// 对头指针等于对尾指针,此时队列为空,出队失败
if (Q->front == Q->rear) {
return ERROR;
}
// 将队头元素的值赋给元素e
*e = Q->data[Q->front];
// 设置队头指针指向下一个位置,若到最后则转向头部
Q->front = (Q->front + 1) % MAXSIZE;
return OK;
}
/*************************************************/
/**
* 生成邻接矩阵
* @param G 邻接矩阵
*/
void CreateMGraph(MGraph *G) {
int i, j; // 用于遍历元素
G->numEdges = 15; // 设置有15条边
G->numNodes = 9; // 设置有9个顶点
// 读入顶点信息,建立顶点表
G->vexs[0] = 'A';
G->vexs[1] = 'B';
G->vexs[2] = 'C';
G->vexs[3] = 'D';
G->vexs[4] = 'E';
G->vexs[5] = 'F';
G->vexs[6] = 'G';
G->vexs[7] = 'H';
G->vexs[8] = 'I';
// 初始化图的边
for (i = 0; i < G->numNodes; i++) {
for (j = 0; j < G->numNodes; j++) {
G->arc[i][j] = 0; // 设置所有边的值都为0
}
}
// 设置特定边(如果arc[i][j] = 1,代表顶点i到顶点j有边相连)
G->arc[0][1] = 1;
G->arc[0][5] = 1;
G->arc[1][2] = 1;
G->arc[1][8] = 1;
G->arc[1][6] = 1;
G->arc[2][3] = 1;
G->arc[2][8] = 1;
G->arc[3][4] = 1;
G->arc[3][7] = 1;
G->arc[3][6] = 1;
G->arc[3][8] = 1;
G->arc[4][5] = 1;
G->arc[4][7] = 1;
G->arc[5][6] = 1;
G->arc[6][7] = 1;
// 设置对称边
for (i = 0; i < G->numNodes; i++) {
for (j = i; j < G->numNodes; j++) {
G->arc[j][i] = G->arc[i][j];
}
}
}
// 访问标志的数组
Boolean visited[MAXVEX];
/**
* 邻接矩阵的深度优先递归算法
* @param G 邻接矩阵
* @param i 顶点下标
*/
void DFS(MGraph G, int i) {
int j; // 用于遍历元素
visited[i] = TRUE; // 记录该下标的元素已被访问
printf("%c ", G.vexs[i]); // 打印该位置的顶点值
// 遍历图中的顶点
for (j = 0; j < G.numNodes; j++) {
// 顶点i到顶点j有边相连,并且顶点j未被访问过
if (G.arc[i][j] == 1 && !visited[j]) {
DFS(G, j); // 对顶点j进行访问
}
}
}
/**
* 邻接矩阵的深度遍历
* @param G 邻接矩阵
*/
void DFSTraverse(MGraph G) {
int i; // 用于遍历元素
// 初始化设置所有顶点都没被访问过
for (i = 0; i < G.numNodes; i++) {
visited[i] = FALSE;
}
// 遍历顶点i
for (i = 0; i < G.numNodes; i++) {
// 如果顶点i未被访问过
if (!visited[i]) {
DFS(G, i); // 访问顶点i
}
}
}
/**
* 邻接矩阵的广度遍历算法
* @param G 邻接矩阵
*/
void BFSTraverse(MGraph G) {
int i, j; // 用于遍历元素
Queue Q; // 队列
// 初始设置图的所有顶点都没被访问过
for (i = 0; i < G.numNodes; i++) {
visited[i] = FALSE;
}
InitQueue(&Q); // 初始化队列
// 对每一个顶点做循环
for (i = 0; i < G.numNodes; i++) {
if (!visited[i]) { // 该顶点未被访问过,进行处理
visited[i] = TRUE; // 设置该顶点i已被访问
printf("%c ", G.vexs[i]); // 打印该顶点i的值
EnQueue(&Q, i); // 将该顶点i入队
// 当队列非空时,进行循环
while (!QueueEmpty(Q)) {
DeQueue(&Q, &i); // 将队头元素出队,赋值给i
// 遍历当前节点以外的节点j
for (j = 0; j < G.numNodes; j++) {
// 若顶点j与当前节点存在边,并且未被访问过
if (G.arc[i][j] == 1 && !visited[j]) {
visited[j] = TRUE; // 设置顶点j已被访问
printf("%c ", G.vexs[j]); // 打印顶点j的值
EnQueue(&Q, j); // 将顶点j入队
}
}
}
}
}
}
int main() {
MGraph G; // 邻接矩阵
CreateMGraph(&G); // 创建邻接矩阵
printf("深度遍历:");
DFSTraverse(G); // 深度遍历邻接矩阵
printf("\n广度遍历:");
BFSTraverse(G); // 广度遍历邻接矩阵
return 0;
}