圖的廣度優先遍歷即橫向優先遍歷,類似二元樹的按層遍歷。廣度優先遍歷是從根結點開始沿著樹的寬度搜尋遍歷,即按層次的去遍歷;從上往下對每一層依次訪問,在每層中,從左往右(或右往左)訪問結點,訪問完一層就進入下一層,直到沒有結點可以訪問為止。
和樹的遍歷類似,圖的遍歷也是從圖中某點出發,然後按照某種方法對圖中所有頂點進行訪問,且僅訪問一次。
但是圖的遍歷相對樹而言要更為複雜。因為圖中的任一頂點都可能與其他頂點相鄰,所以在圖的遍歷中必須記錄已被造訪的頂點,避免重複造訪。
根據搜尋路徑的不同,我們可以將遍歷圖的方法分為兩種:廣度優先搜尋和深度優先搜尋。
頂點對(u,v)是無序的,即(u,v )和(v,u)是同一條邊。常用一對圓括號表示。
圖2-1-1 無向圖範例
頂點對有序的,它是指從頂點u到頂點v的一條有向邊。其中u是有向邊的始點,v是有向邊的終點。常用一對尖括號表示。
圖2-1-2 有向圖範例
圖的每條邊上可能存在具有某種意義的數值,稱該數值為該邊上的權。而這種帶權的圖稱為網。
連通圖:在無向圖G中,從頂點v到頂點v'有路徑,則稱v和v'是聯通的。若圖中任兩頂點v、v'∈V,v和v'之間均聯通,則稱G為連通圖。上述兩圖均為連通圖。
非連通圖:若無向圖G中,存在v和v'之間不連通,則稱G為非連通圖。
圖2-3 非連通圖範例
廣度優先搜尋類似樹的層次遍歷過程。它需要藉助一個佇列來實作。如圖2-1-1所示,要遍歷從v0到v6的每一個頂點,我們可以設v0為第一層,v1、v2、v3為第二層,v4、v5為第三層,v6為第四層,再逐一遍歷每一層的每個頂點。
具體過程如下:
1.準備工作:建立一個visited數組,用來記錄已被訪問過的頂點;建立一個佇列,用來存放每一層的頂點;初始化圖G。
2.從圖中的v0開始訪問,將的visited[v0]陣列的值設為true,同時將v0入隊。
3.只要隊列不空,則重複如下:
(1)隊頭頂點u出隊。
(2)依序檢查u的所有鄰接頂點w,若visited[w]的值為false,則造訪w,並將visited[w]置為true,同時將w入隊。
白色表示未被訪問,灰色表示即將訪問,黑色表示已訪問。
visited陣列:0表示未訪問,1表示以訪問。
佇列:隊頭出元素,隊尾進元素。
1.初始時全部頂點皆未被訪問,visited陣列初始化為0,佇列中沒有元素。
圖3-2-1
2.即將造訪頂點v0。
#圖3-2-2
3.存取頂點v0,並置visited[0 ]的值為1,同時將v0入隊。
#圖3-2-3
4.將v0出隊,訪問v0的鄰接點v2。判斷visited[2],因為visited[2]的值為0,訪問v2。
圖3-2-4
#5.將visited[2]置為1,並將v2入隊。
圖3-2-5
#6.訪問v0鄰接點v1。判斷visited[1],因為visited[1]的值為0,訪問v1。
圖3-2-6
#7.將visited[1]置為0,並將v1入隊。
圖3-2-7
#8.判斷visited[3],因為它的值為0 ,訪問v3。將visited[3]置為0,將v3入隊。
圖3-2-8
#9.v0的全部鄰接點都已被存取完成。將隊頭元素v2出隊,開始造訪v2的所有鄰接點。
開始訪問v2鄰接點v0,判斷visited[0],因為其值為1,不進行訪問。
繼續存取v2鄰接點v4,判斷visited[4],因為其值為0,存取v4,如下圖:
圖3-2-9
10.將visited[4]置為1,將v4入隊。
圖3-2-10
#11.v2的全部鄰接點都已被存取完成。將隊頭元素v1出隊,開始造訪v1的所有鄰接點。
開始訪問v1鄰接點v0,因為visited[0]值為1,不進行訪問。
繼續訪問v1鄰接點v4,因為visited[4]的值為1,不進行訪問。
繼續訪問v1鄰接點v5,因為visited[5]值為0,訪問v5,如下圖:
圖3-2-11
12.將visited[5]置為1,並將v5入隊。
圖3-2-12
#13.v1的全部鄰接點都已被訪問完畢,將隊頭元素v3出隊,開始造訪v3的所有鄰接點。
開始訪問v3鄰接點v0,因為visited[0]值為1,不進行訪問。
繼續訪問v3鄰接點v5,因為visited[5]值為1,不進行訪問。
圖3-2-13
#14.v3的全部鄰接點都已被存取完畢,將隊頭元素v4出隊,開始造訪v4的所有鄰接點。
開始訪問v4的鄰接點v2,因為visited[2]的值為1,不進行訪問。
繼續訪問v4的鄰接點v6,因為visited[6]的值為0,訪問v6,如下圖:
圖3-2-14
15.將visited[6]值為1,並將v6入隊。
圖3-2-15
#16.v4的全部鄰接點都已被存取完畢,將隊頭元素v5出隊,開始造訪v5的所有鄰接點。
開始訪問v5鄰接點v3,因為visited[3]的值為1,不進行訪問。
繼續訪問v5鄰接點v6,因為visited[6]的值為1,不進行訪問。
圖3-2-16
#17.v5的全部鄰接點都已被存取完畢,將隊頭元素v6出隊,開始造訪v6的所有鄰接點。
開始訪問v6鄰接點v4,因為visited[4]的值為1,不進行訪問。
繼續訪問v6鄰接點v5,因為visited[5]的值文1,不進行訪問。
圖3-2-17
#18.佇列為空,退出循環,全部頂點都存取完畢。
#圖3-2-18
/*一些量的定义*/ queue<char> q; //定义一个队列,使用库函数queue #define MVNum 100 //表示最大顶点个数 bool visited[MVNum]; //定义一个visited数组,记录已被访问的顶点
/*邻接矩阵存储表示*/ typedef struct AMGraph { char vexs[MVNum]; //顶点表 int arcs[MVNum][MVNum]; //邻接矩阵 int vexnum, arcnum; //当前的顶点数和边数 } AMGraph;
/*找到顶点v的对应下标*/ int LocateVex(AMGraph &G, char v) { int i; for (i = 0; i < G.vexnum; i++) if (G.vexs[i] == v) return i; }
/*采用邻接矩阵表示法,创建无向图G*/ int CreateUDG_1(AMGraph &G) { int i, j, k; char v1, v2; scanf("%d%d", &G.vexnum, &G.arcnum); //输入总顶点数,总边数 getchar(); //获取'\n’,防止其对之后的字符输入造成影响 for (i = 0; i < G.vexnum; i++) scanf("%c", &G.vexs[i]); //依次输入点的信息 for (i = 0; i < G.vexnum; i++) for (j = 0; j < G.vexnum; j++) G.arcs[i][j] = 0; //初始化邻接矩阵边,0表示顶点i和j之间无边 for (k = 0; k < G.arcnum; k++) { getchar(); scanf("%c%c", &v1, &v2); //输入一条边依附的顶点 i = LocateVex(G, v1); //找到顶点i的下标 j = LocateVex(G, v2); //找到顶点j的下标 G.arcs[i][j] = G.arcs[j][i] = 1; //1表示顶点i和j之间有边,无向图不区分方向 } return 1; }
/*采用邻接矩阵表示图的广度优先遍历*/ void BFS_AM(AMGraph &G,char v0) { /*从v0元素开始访问图*/ int u,i,v,w; v = LocateVex(G,v0); //找到v0对应的下标 printf("%c ", v0); //打印v0 visited[v] = 1; //顶点v0已被访问 q.push(v0); //将v0入队 while (!q.empty()) { u = q.front(); //将队头元素u出队,开始访问u的所有邻接点 v = LocateVex(G, u); //得到顶点u的对应下标 q.pop(); //将顶点u出队 for (i = 0; i < G.vexnum; i++) { w = G.vexs[i]; if (G.arcs[v][i] && !visited[i])//顶点u和w间有边,且顶点w未被访问 { printf("%c ", w); //打印顶点w q.push(w); //将顶点w入队 visited[i] = 1; //顶点w已被访问 } } } }
/*找到顶点对应的下标*/ int LocateVex(ALGraph &G, char v) { int i; for (i = 0; i < G.vexnum; i++) if (v == G.vertices[i].data) return i; }
/*邻接表存储表示*/ typedef struct ArcNode //边结点 { int adjvex; //该边所指向的顶点的位置 ArcNode *nextarc; //指向下一条边的指针 int info; //和边相关的信息,如权值 }ArcNode; typedef struct VexNode //表头结点 { char data; ArcNode *firstarc; //指向第一条依附该顶点的边的指针 }VexNode,AdjList[MVNum]; //AbjList表示一个表头结点表 typedef struct ALGraph { AdjList vertices; int vexnum, arcnum; }ALGraph;
/*采用邻接表表示法,创建无向图G*/ int CreateUDG_2(ALGraph &G) { int i, j, k; char v1, v2; scanf("%d%d", &G.vexnum, &G.arcnum); //输入总顶点数,总边数 getchar(); for (i = 0; i < G.vexnum; i++) //输入各顶点,构造表头结点表 { scanf("%c", &G.vertices[i].data); //输入顶点值 G.vertices[i].firstarc = NULL; //初始化每个表头结点的指针域为NULL } for (k = 0; k < G.arcnum; k++) //输入各边,构造邻接表 { getchar(); scanf("%c%c", &v1, &v2); //输入一条边依附的两个顶点 i = LocateVex(G, v1); //找到顶点i的下标 j = LocateVex(G, v2); //找到顶点j的下标 ArcNode *p1 = new ArcNode; //创建一个边结点*p1 p1->adjvex = j; //其邻接点域为j p1->nextarc = G.vertices[i].firstarc; G.vertices[i].firstarc = p1; // 将新结点*p插入到顶点v1的边表头部 ArcNode *p2 = new ArcNode; //生成另一个对称的新的表结点*p2 p2->adjvex = i; p2->nextarc = G.vertices[j].firstarc; G.vertices[j].firstarc = p1; } return 1; }
/*采用邻接表表示图的广度优先遍历*/ void BFS_AL(ALGraph &G, char v0) { int u,w,v; ArcNode *p; printf("%c ", v0); //打印顶点v0 v = LocateVex(G, v0); //找到v0对应的下标 visited[v] = 1; //顶点v0已被访问 q.push(v0); //将顶点v0入队 while (!q.empty()) { u = q.front(); //将顶点元素u出队,开始访问u的所有邻接点 v = LocateVex(G, u); //得到顶点u的对应下标 q.pop(); //将顶点u出队 for (p = G.vertices[v].firstarc; p; p = p->nextarc) //遍历顶点u的邻接点 { w = p->adjvex; if (!visited[w]) //顶点p未被访问 { printf("%c ", G.vertices[w].data); //打印顶点p visited[w] = 1; //顶点p已被访问 q.push(G.vertices[w].data); //将顶点p入队 } } } }
/*广度优先搜索非连通图*/ void BFSTraverse(AMGraph G) { int v; for (v = 0; v < G.vexnum; v++) visited[v] = 0; //将visited数组初始化 for (v = 0; v < G.vexnum; v++) if (!visited[v]) BFS_AM(G, G.vexs[v]); //对尚未访问的顶点调用BFS }
深度優先搜尋類似於樹的先序遍歷,具體流程如下:
準備工作:建立一個visited數組,用來記錄所有被造訪過的頂點。
1.從圖中v0出發,訪問v0。
2.找出v0的第一個未被訪問的鄰接點,訪問該頂點。以此頂點為新頂點,重複此步驟,直到剛造訪過的頂點沒有未被造訪的鄰接點為止。
3.返回前一個訪問過的仍有未被訪問鄰接點的頂點,繼續訪問該頂點的下一個未被訪問領接點。
4.重複2,3步驟,直至所有頂點均被訪問,搜尋結束。
1.初始時所有頂點均未被訪問,visited陣列為空。
圖4-2-1
#2.即將造訪v0。
圖4-2-2
#3.存取v0,並將visited[0]的值置為1。
圖4-2-3
#4.訪問v0的鄰接點v2,判斷visited [2],因其值為0,訪問v2。
圖4-2-4
#5.將visited[2]設為1。
圖4-2-5
#6.訪問v2的鄰接點v0,判斷visited [0],其值為1,不訪問。
繼續訪問v2的鄰接點v4,判斷visited[4],其值為0,訪問v4。
圖4-2-6
#7.將visited[4]設為1。
圖4-2-7
#8.訪問v4的鄰接點v1,判斷visited[1],其值為0,訪問v1。
圖4-2-8
#9.將visited[1]設為1。
圖4-2-9
#10.訪問v1的鄰接點v0,判斷visited [0],其值為1,不訪問。
繼續訪問v1的鄰接點v4,判斷visited[4],其值為1,不訪問。
繼續存取v1的鄰接點v5,判讀visited[5],其值為0,存取v5。
圖4-2-10
#11.將visited[5]置為1。
圖4-2-11
#12.訪問v5的鄰接點v1,判斷visited [1],其值為1,不訪問。
繼續訪問v5的鄰接點v3,判斷visited[3],其值為0,訪問v3。
图4-2-12
13.将visited[1]置为1。
图4-2-13
14.访问v3的邻接点v0,判断visited[0],其值为1,不访问。
继续访问v3的邻接点v5,判断visited[5],其值为1,不访问。
v3所有邻接点均已被访问,回溯到其上一个顶点v5,遍历v5所有邻接点。
访问v5的邻接点v6,判断visited[6],其值为0,访问v6。
图4-2-14
15.将visited[6]置为1。
图4-2-15
16.访问v6的邻接点v4,判断visited[4],其值为1,不访问。
访问v6的邻接点v5,判断visited[5],其值为1,不访问。
v6所有邻接点均已被访问,回溯到其上一个顶点v5,遍历v5剩余邻接点。
图4-2-16
17.v5所有邻接点均已被访问,回溯到其上一个顶点v1。
v1所有邻接点均已被访问,回溯到其上一个顶点v4,遍历v4剩余邻接点v6。
v4所有邻接点均已被访问,回溯到其上一个顶点v2。
v2所有邻接点均已被访问,回溯到其上一个顶点v1,遍历v1剩余邻接点v3。
v1所有邻接点均已被访问,搜索结束。
图4-2-17
邻接矩阵的创建在上述已描述过,这里不再赘述
void DFS_AM(AMGraph &G, int v) { int w; printf("%c ", G.vexs[v]); visited[v] = 1; for (w = 0; w < G.vexnum; w++) if (G.arcs[v][w]&&!visited[w]) //递归调用 DFS_AM(G,w); }
邻接表的创建在上述已描述过,这里不再赘述。
void DFS_AL(ALGraph &G, int v) { int w; printf("%c ", G.vertices[v].data); visited[v] = 1; ArcNode *p = new ArcNode; p = G.vertices[v].firstarc; while (p) { w = p->adjvex; if (!visited[w]) DFS_AL(G, w); p = p->nextarc; } }
更多相关知识,请访问:PHP中文网!
以上是圖的廣度優先遍歷類似二元樹的什麼?的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章!