要表示一个图G=(V,E),有两种标准的表示方法,即邻接表和邻接矩阵。这两种表示法既可用于有向图,也可用于无向图。通常采用邻接表表示法,因为用这种方法表示稀疏图(图中边数远小于点个数)比较紧凑。但当遇到稠密图(|E|接近于|V|^2)或必须很快判别两个给定顶点手否存在连接边时,通常采用邻接矩阵表示法,例如求最短路径算法中,就采用邻接矩阵表示。
图G=<V,E>的邻接表表示是由一个包含|V|个列表的数组Adj所组成,其中每个列表对应于V中的一个顶点。对于每一个u∈V,邻接表Adj[u]包含所有满足条件(u,v)∈E的顶点v。亦即,Adj[u]包含图G中所有和顶点u相邻的顶点。每个邻接表中的顶点一般以任意顺序存储。
如果G是一个有向图,则所有邻接表的长度之和为|E|,这是因为一条形如(u,v)的边是通过让v出现在Adj[u]中来表示的。如果G是一个无向图,则所有邻接表的长度之和为2|E|,因为如果(u,v)是一条无向边,那么u会出现在v的邻接表中,反之亦然。邻接表需要的存储空间为O(V+E)。
邻接表稍作变动,即可用来表示加权图,即每条边都有着相应权值的图,权值通常由加权函数w:E→R给出。例如,设G=<V,E>是一个加权函数为w的加权图。对每一条边(u,v)∈E,权值w(u,v)和顶点v一起存储在u的邻接表中。
邻接表C++实现:
#include <iostream> #include <cstdio> using namespace std; #define maxn 100 //最大顶点个数 int n, m; //顶点数,边数 struct arcnode //边结点 { int vertex; //与表头结点相邻的顶点编号 int weight = 0; //连接两顶点的边的权值 arcnode * next; //指向下一相邻接点 arcnode() {} arcnode(int v,int w):vertex(v),weight(w),next(NULL) {} arcnode(int v):vertex(v),next(NULL) {} }; struct vernode //顶点结点,为每一条邻接表的表头结点 { int vex; //当前定点编号 arcnode * firarc; //与该顶点相连的第一个顶点组成的边 }Ver[maxn]; void Init() //建立图的邻接表需要先初始化,建立顶点结点 { for(int i = 1; i <= n; i++) { Ver[i].vex = i; Ver[i].firarc = NULL; } } void Insert(int a, int b, int w) //尾插法,插入以a为起点,b为终点,权为w的边,效率不如头插,但是可以去重边 { arcnode * q = new arcnode(b, w); if(Ver[a].firarc == NULL) Ver[a].firarc = q; else { arcnode * p = Ver[a].firarc; if(p->vertex == b) //如果不要去重边,去掉这一段 { if(p->weight < w) p->weight = w; return ; } while(p->next != NULL) { if(p->next->vertex == b) //如果不要去重边,去掉这一段 { if(p->next->weight < w); p->next->weight = w; return ; } p = p->next; } p->next = q; } } void Insert2(int a, int b, int w) //头插法,效率更高,但不能去重边 { arcnode * q = new arcnode(b, w); if(Ver[a].firarc == NULL) Ver[a].firarc = q; else { arcnode * p = Ver[a].firarc; q->next = p; Ver[a].firarc = q; } } void Insert(int a, int b) //尾插法,插入以a为起点,b为终点,无权的边,效率不如头插,但是可以去重边 { arcnode * q = new arcnode(b); if(Ver[a].firarc == NULL) Ver[a].firarc = q; else { arcnode * p = Ver[a].firarc; if(p->vertex == b) return; //去重边,如果不要去重边,去掉这一句 while(p->next != NULL) { if(p->next->vertex == b) //去重边,如果不要去重边,去掉这一句 return; p = p->next; } p->next = q; } } void Insert2(int a, int b) //头插法,效率跟高,但不能去重边 { arcnode * q = new arcnode(b); if(Ver[a].firarc == NULL) Ver[a].firarc = q; else { arcnode * p = Ver[a].firarc; q->next = p; Ver[a].firarc = q; } } void Delete(int a, int b) //删除以a为起点,b为终点的边 { arcnode * p = Ver[a].firarc; if(p->vertex == b) { Ver[a].firarc = p->next; delete p; return ; } while(p->next != NULL) if(p->next->vertex == b) { p->next = p->next->next; delete p->next; return ; } } void Show() //打印图的邻接表(有权值) { for(int i = 1; i <= n; i++) { cout << Ver[i].vex; arcnode * p = Ver[i].firarc; while(p != NULL) { cout << "->(" << p->vertex << "," << p->weight << ")"; p = p->next; } cout << "->NULL" << endl; } } void Show2() //打印图的邻接表(无权值) { for(int i = 1; i <= n; i++) { cout << Ver[i].vex; arcnode * p = Ver[i].firarc; while(p != NULL) { cout << "->" << p->vertex; p = p->next; } cout << "->NULL" << endl; } } int main() { int a, b, w; cout << "Enter n and m:"; cin >> n >> m; Init(); while(m--) { cin >> a >> b >> w; //输入起点、终点 Insert(a, b, w); //插入操作 Insert(b, a, w); //如果是无向图还需要反向插入 } Show(); return 0; }
邻接表表示法也有潜在的不足之处,即如果要确定图中边(u,v)是否存在,只能在顶点u邻接表Adj[u]中搜索v,除此之外没有其他更快的办法。这一不足可通过图的邻接矩阵表示法来弥补,但要(在渐进意义下)以占用更多的存储空间为代价。
在图G=(V,E)的临界矩阵表示法中,假定各顶点按某种任意的方式编号为1,2,···,|V|,那么G的邻接矩阵为一个|V|*|V|的矩阵A=(a[i][j]),它满足:
观察无向图的邻接矩阵会发现,它是沿主对角线对称的。在一个无向图中,(u,v)和(v,u)表示同一条边,故无向图的邻接矩阵A的转置矩阵就是它本真。在某些应用中,可以只存储邻接矩阵的对角线以及对角线以上的部分,这样一来,图所占用的存储空间几乎可以减少一半。
邻接矩阵也可以用来表示加权图。例如,如果G=<V,E>是一个加权图,其权值函数为w,对于边(u,v)∈E,其权值w(u,v)就可以简单地存储在邻接矩阵的第u行第v列的元素中。如果边不存在,则可以在矩阵的相应元素中存一个NIL值,在很多问题中,对这样的元素赋0或∞会更为方便些。
邻接矩阵C++实现:
#include <iostream> #include <cstdio> using namespace std; #define maxn 100 #define INF 0xffffff //预定于的最大值 int n, m; //顶点数、边数 int g[maxn][maxn]; //邻接矩阵表示 void Init() { for(int i = 1; i <= n; i++) for(int j = 1; j <= n; j++) g[i][j] = 0; //讲所有顶点度数置零,若为带权图,则置为INF } void Show() //打印邻接矩阵 { for(int i = 1; i <= n; i++) { for(int j = 1; j <= n; j++) cout << g[i][j] << " "; cout << endl; } } int main() { int a, b; cout << "Enter n and m:"; cin >> n >> m; while(m--) { cin >> a >> b; //输入为边的始点、终点,若有权,还需输入权w g[a][b] = 1; //a、b间存在边,将g[a][b]置1,若有权,则将其置为权值 g[b][a] = 1; //对于无向图,还要插入边(b,a) } Show(); return 0; }