项目4--利用遍历思想求解图问题

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* Copyright (c) 2015, 烟台大学计算机与控制工程学院   

* All rights reserved.   

* 文件名称：main.cpp,graph.h,graph.cpp

* 作者：张志康  

* 完成日期：2015年11月16日   

* 版本号：vc++6.0   

*   

* 问题描述：

* 输入描述：

* 程序输出：

 */ 

问题及代码：

1、是否有简单路径?
问题：假设图G采用邻接表存储，设计一个算法，判断顶点u到v是否有简单路径。

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include "graph.h"
int visited[MAXV];     //定义存放节点的访问标志的全局数组
void ExistPath(ALGraph *G,int u,int v, bool &has)
{
    int w;
    ArcNode *p;
    visited[u]=1;
    if(u==v)
    {
        has=true;
        return;
    }
    p=G->adjlist[u].firstarc;
    while (p!=NULL)
    {
        w=p->adjvex;
        if (visited[w]==0)
            ExistPath(G,w,v,has);
        p=p->nextarc;
    }
}

void HasPath(ALGraph *G,int u,int v)
{
    int i;
    bool flag = false;
    for (i=0; i<G->n; i++)
        visited[i]=0; //访问标志数组初始化
    ExistPath(G,u,v,flag);
    printf(" 从 %d 到 %d ", u, v);
    if(flag)
        printf("有简单路径\n");
    else
        printf("无简单路径\n");
}

int main()
{
    ALGraph *G;
    int A[5][5]=
    {
        {0,0,0,0,0},
        {0,0,1,0,0},
        {0,0,0,1,1},
        {0,0,0,0,0},
        {1,0,0,1,0},
    };  //请画出对应的有向图
    ArrayToList(A[0], 5, G);
    HasPath(G, 1, 0);
    HasPath(G, 4, 1);
    return 0;
}

运行结果：

2、输出简单路径
问题：假设图G采用邻接表存储，设计一个算法输出图G中从顶点u到v的一条简单路径（假设图G中从顶点u到v至少有一条简单路径）。

 

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include "graph.h"
int visited[MAXV];     //定义存放节点的访问标志的全局数组
void FindAPath(ALGraph *G,int u,int v,int path[],int d)
{
    //d表示path中的路径长度，初始为-1
    int w,i;
    ArcNode *p;
    visited[u]=1;
    d++;
    path[d]=u;  //路径长度d增1，顶点u加入到路径中
    if (u==v)   //找到一条路径后输出并返回
    {
        printf("一条简单路径为:");
        for (i=0; i<=d; i++)
            printf("%d ",path[i]);
        printf("\n");
        return;         //找到一条路径后返回
    }
    p=G->adjlist[u].firstarc;  //p指向顶点u的第一个相邻点
    while (p!=NULL)
    {
        w=p->adjvex;    //相邻点的编号为w
        if (visited[w]==0)
            FindAPath(G,w,v,path,d);
        p=p->nextarc;   //p指向顶点u的下一个相邻点
    }
}

void APath(ALGraph *G,int u,int v)
{
    int i;
    int path[MAXV];
    for (i=0; i<G->n; i++)
        visited[i]=0; //访问标志数组初始化
    FindAPath(G,u,v,path,-1);  //d初值为-1，调用时d++，即变成了0
}

int main()
{

    ALGraph *G;
    int A[5][5]=
    {
        {0,0,0,0,0},
        {0,0,1,0,0},
        {0,0,0,1,1},
        {0,0,0,0,0},
        {1,0,0,1,0},
    };  //请画出对应的有向图
    ArrayToList(A[0], 5, G);
    APath(G, 1, 0);
    APath(G, 4, 1);
    return 0;
}

运行结果：

3、输出所有路径
问题：输出从顶点u到v的所有简单路径。

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include "graph.h"
int visited[MAXV];     //定义存放节点的访问标志的全局数组
void FindPaths(ALGraph *G,int u,int v,int path[],int d)
//d是到当前为止已走过的路径长度，调用时初值为-1
{
    int w,i;
    ArcNode *p;
    visited[u]=1;
    d++;            //路径长度增1
    path[d]=u;              //将当前顶点添加到路径中
    if (u==v && d>1)            //输出一条路径
    {
        printf("  ");
        for (i=0; i<=d; i++)
            printf("%d ",path[i]);
        printf("\n");
    }
    p=G->adjlist[u].firstarc; //p指向u的第一条边
    while(p!=NULL)
    {
        w=p->adjvex;     //w为u的邻接顶点
        if (visited[w]==0)      //若顶点未标记访问，则递归访问之
            FindPaths(G,w,v,path,d);
        p=p->nextarc; //找u的下一个邻接顶点
    }
    visited[u]=0;   //恢复环境
}


void DispPaths(ALGraph *G,int u,int v)
{
    int i;
    int path[MAXV];
    for (i=0; i<G->n; i++)
        visited[i]=0; //访问标志数组初始化
    printf("从%d到%d的所有路径:\n",u,v);
    FindPaths(G,u,v,path,-1);
    printf("\n");
}

int main()
{
    ALGraph *G;
    int A[5][5]=
    {
        {0,1,0,1,0},
        {1,0,1,0,0},
        {0,1,0,1,1},
        {1,0,1,0,1},
        {0,0,1,1,0}
    };  //请画出对应的有向图
    ArrayToList(A[0], 5, G);
    DispPaths(G, 1, 4);
    return 0;
}

运行结果：

4、输出一些简单回路
问题：输出图G中从顶点u到v的长度为s的所有简单路径。

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include "graph.h"
int visited[MAXV];     //定义存放节点的访问标志的全局数组
void SomePaths(ALGraph *G,int u,int v,int s, int path[],int d)
//d是到当前为止已走过的路径长度，调用时初值为-1
{
    int w,i;
    ArcNode *p;
    visited[u]=1;
    d++;            //路径长度增1
    path[d]=u;              //将当前顶点添加到路径中
    if (u==v && d==s)           //输出一条路径
    {
        printf("  ");
        for (i=0; i<=d; i++)
            printf("%d ",path[i]);
        printf("\n");
    }
    p=G->adjlist[u].firstarc; //p指向u的第一条边
    while(p!=NULL)
    {
        w=p->adjvex;     //w为u的邻接顶点
        if (visited[w]==0)      //若顶点未标记访问，则递归访问之
            SomePaths(G,w,v,s,path,d);
        p=p->nextarc; //找u的下一个邻接顶点
    }
    visited[u]=0;   //恢复环境
}

void DispSomePaths(ALGraph *G,int u,int v, int s)
{
    int i;
    int path[MAXV];
    for (i=0; i<G->n; i++)
        visited[i]=0; //访问标志数组初始化
    printf("从%d到%d长为%d的路径:\n",u,v,s);
    SomePaths(G,u,v,s,path,-1);
    printf("\n");
}

int main()
{
    ALGraph *G;
    int A[5][5]=
    {
        {0,1,0,1,0},
        {1,0,1,0,0},
        {0,1,0,1,1},
        {1,0,1,0,1},
        {0,0,1,1,0}
    };  //请画出对应的有向图
    ArrayToList(A[0], 5, G);
    DispSomePaths(G, 1, 4, 3);
    return 0;
}

运行结果：

5、输出通过一个节点的所有简单回路
问题：求图中通过某顶点k的所有简单回路（若存在）

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include "graph.h"
int visited[MAXV];       //全局变量
void DFSPath(ALGraph *G,int u,int v,int path[],int d)
//d是到当前为止已走过的路径长度，调用时初值为-1
{
    int w,i;
    ArcNode *p;
    visited[u]=1;
    d++;
    path[d]=u;
    p=G->adjlist[u].firstarc;   //p指向顶点u的第一条边
    while (p!=NULL)
    {
        w=p->adjvex;            //w为顶点u的相邻点
        if (w==v && d>0)        //找到一个回路，输出之
        {
            printf("  ");
            for (i=0; i<=d; i++)
                printf("%d ",path[i]);
            printf("%d \n",v);
        }
        if (visited[w]==0)          //w未访问，则递归访问之
            DFSPath(G,w,v,path,d);
        p=p->nextarc;       //找u的下一个邻接顶点
    }
    visited[u]=0;           //恢复环境：使该顶点可重新使用
}

void FindCyclePath(ALGraph *G,int k)
//输出经过顶点k的所有回路
{
    int path[MAXV],i;
    for (i=0; i<G->n; i++)
        visited[i]=0; //访问标志数组初始化
    printf("经过顶点%d的所有回路\n",k);
    DFSPath(G,k,k,path,-1);
    printf("\n");
}

int main()
{
    ALGraph *G;
    int A[5][5]=
    {
        {0,1,1,0,0},
        {0,0,1,0,0},
        {0,0,0,1,1},
        {0,0,0,0,1},
        {1,0,0,0,0}
    };  //请画出对应的有向图
    ArrayToList(A[0], 5, G);
    FindCyclePath(G, 0);
    return 0;
}

运行结果：

 

6、最短路径
问题：求不带权连通图G中从顶点u到顶点v的一条最短路径。

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include "graph.h"

typedef struct
{
    int data;                   //顶点编号
    int parent;                 //前一个顶点的位置
} QUERE;                        //非环形队列类型

void ShortPath(ALGraph *G,int u,int v)
{
    //输出从顶点u到顶点v的最短逆路径
    ArcNode *p;
    int w,i;
    QUERE qu[MAXV];             //非环形队列
    int front=-1,rear=-1;       //队列的头、尾指针
    int visited[MAXV];
    for (i=0; i<G->n; i++)      //访问标记置初值0
        visited[i]=0;
    rear++;                     //顶点u进队
    qu[rear].data=u;
    qu[rear].parent=-1;
    visited[u]=1;
    while (front!=rear)         //队不空循环
    {
        front++;                //出队顶点w
        w=qu[front].data;
        if (w==v)               //找到v时输出路径之逆并退出
        {
            i=front;            //通过队列输出逆路径
            while (qu[i].parent!=-1)
            {
                printf("%2d ",qu[i].data);
                i=qu[i].parent;
            }
            printf("%2d\n",qu[i].data);
            break;
        }
        p=G->adjlist[w].firstarc;   //找w的第一个邻接点
        while (p!=NULL)
        {
            if (visited[p->adjvex]==0)
            {
                visited[p->adjvex]=1;
                rear++;             //将w的未访问过的邻接点进队
                qu[rear].data=p->adjvex;
                qu[rear].parent=front;
            }
            p=p->nextarc;           //找w的下一个邻接点
        }
    }
}

int main()
{
    ALGraph *G;
    int A[9][9]=
    {
        {0,1,1,0,0,0,0,0,0},
        {0,0,0,1,1,0,0,0,0},
        {0,0,0,0,1,1,0,0,0},
        {0,0,0,0,0,0,1,0,0},
        {0,0,0,0,0,1,1,0,0},
        {0,0,0,0,0,0,0,1,0},
        {0,0,0,0,0,0,0,1,1},
        {0,0,0,0,0,0,0,0,1},
        {0,0,0,0,0,0,0,0,0}
    };  //请画出对应的有向图
    ArrayToList(A[0], 9, G);
    ShortPath(G,0,7);
    return 0;
}

运行结果：

2、最远顶点
问题：求不带权连通图G中，距离顶点v最远的顶点k

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include "graph.h"

int Maxdist(ALGraph *G,int v)
{
    ArcNode *p;
    int i,j,k;
    int Qu[MAXV];               //环形队列
    int visited[MAXV];              //访问标记数组
    int front=0,rear=0;             //队列的头、尾指针
    for (i=0; i<G->n; i++)          //初始化访问标志数组
        visited[i]=0;
    rear++;
    Qu[rear]=v;                 //顶点v进队
    visited[v]=1;               //标记v已访问
    while (rear!=front)
    {
        front=(front+1)%MAXV;
        k=Qu[front];                //顶点k出队
        p=G->adjlist[k].firstarc;       //找第一个邻接点
        while (p!=NULL)             //所有未访问过的相邻点进队
        {
            j=p->adjvex;            //邻接点为顶点j
            if (visited[j]==0)          //若j未访问过
            {
                visited[j]=1;
                rear=(rear+1)%MAXV;
                Qu[rear]=j; //进队
            }
            p=p->nextarc;           //找下一个邻接点
        }
    }
    return k;
}

int main()
{
    ALGraph *G;
    int A[9][9]=
    {
        {0,1,1,0,0,0,0,0,0},
        {0,0,0,1,1,0,0,0,0},
        {0,0,0,0,1,1,0,0,0},
        {0,0,0,0,0,0,1,0,0},
        {0,0,0,0,0,1,1,0,0},
        {0,0,0,0,0,0,0,1,0},
        {0,0,0,0,0,0,0,1,1},
        {0,0,0,0,0,0,0,0,1},
        {0,0,0,0,0,0,0,0,0}
    };  //请画出对应的有向图
    ArrayToList(A[0], 9, G);
    printf("离顶点0最远的顶点:%d",Maxdist(G,0));
    return 0;
}

运行结果：