数据结构-列出连通集(图的操作)

本文详细解析了如何使用深度优先搜索(DFS)和广度优先搜索(BFS)算法来找出给定无向图的所有连通集。通过具体的代码实现和示例,展示了算法的具体步骤和执行过程,适用于初学者理解和掌握图的基本操作。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

题目

给定一个有N个顶点和E条边的无向图,请用DFS和BFS分别列出其所有的连通集。假设顶点从0到N−1编号。进行搜索时,假设我们总是从编号最小的顶点出发,按编号递增的顺序访问邻接点。

输入格式:

输入第1行给出2个整数N(0<N≤10)和E,分别是图的顶点数和边数。随后E行,每行给出一条边的两个端点。每行中的数字之间用1空格分隔。

输出格式:

按照"{ v​1​​ v​2​​ ... v​k​​ }"的格式,每行输出一个连通集。先输出DFS的结果,再输出BFS的结果。

输入样例:

8 6
0 7
0 1
2 0
4 1
2 4
3 5

输出样例:

{ 0 1 4 2 7 }
{ 3 5 }
{ 6 }
{ 0 1 2 7 4 }
{ 3 5 }
{ 6 }

运行结果

CaseHintResultRun TimeMemory
0sample 两种顺序不同,也有相同,有未出现的单个顶点Accepted2 ms384 KB
1第1个是单独点,最大NAccepted2 ms388 KB
2N和E最小Accepted2 ms360 KB

程序


#include<iostream>
using namespace std;

#define MaxVertexNum 10 //最大顶点数
typedef int Vertex;//用顶点下标表示顶点,为整型
typedef int WeightType;//边的权值为整型

/*边的定义*/
typedef struct ENode *PtrToENode;
struct ENode{
        Vertex V1, V2;
};
typedef PtrToENode Edge;

/*图的定义*/
/*图用邻接数组表示:比无向图节省一半的空间*/
typedef struct GNode *PtrToGNode;
struct GNode{
    int Nv;//顶点数
    int Ne;//边数
    WeightType G[MaxVertexNum][MaxVertexNum];//邻接矩阵的数组定义
};
typedef PtrToGNode MGraph;

/*队列链表的结点定义*/
struct Node{
    Vertex v;
    struct Node *Next;
};
/*队列的定义*/
struct QNode{
    struct Node *Rear;//指向队尾结点
    struct Node *Front;//指向队首结点
};
typedef struct QNode *Queue;

/*图中顶点的遍历状态数组,false表示未被遍历过*/
bool visited[MaxVertexNum];

MGraph BuildGraph();
MGraph CreateGraph(int N);
void InsertEdge(MGraph Graph, Edge e);
void DFSPrintListComponents(MGraph Graph);
void DFS(MGraph Graph, Vertex v);
void BFSPrintListComponents(MGraph Graph);
Queue initializeQueue();
void BFS(MGraph Graph, Vertex v);
void Enqueue(Vertex v, Queue Q);
bool IsEmpty(Queue Q);
Vertex Dequeue(Queue Q);

int main()
{
    MGraph Graph;

    /*根据输入构建邻接矩阵图*/
    Graph = BuildGraph();
    /*初始化结点遍历状态*/
    for(int v=0; v<MaxVertexNum; v++)
        visited[v] = false;

    /*用DFS遍历图*/
    DFSPrintListComponents(Graph);

    /*清空结点遍历状态*/
    for(int v=0; v<MaxVertexNum; v++)
        visited[v] = false;

    /*用BFS遍历图*/
    BFSPrintListComponents(Graph);

    return 0;
}

MGraph CreateGraph(int N)
{
    MGraph Graph;

    Graph = new GNode;
    Graph->Nv = N;
    Graph->Ne = 0;
    /*当两个顶点未连接时,默认将边的权重设为0*/
    for(int v=0; v<Graph->Nv; v++){
        for(int w=0; w<Graph->Nv; w++)
            Graph->G[v][w] = 0;
    }
    return Graph;
}

void InsertEdge(MGraph Graph, Edge e)
{
    /*作为无向图,以下两个都要修改*/
    Graph->G[e->V1][e->V2] = 1;
    Graph->G[e->V2][e->V1] = 1;
}

MGraph BuildGraph()
{
    int N, E;
    MGraph Graph;
    Edge e;
    /*测试用例*/
    /*
    N = 8;
    //初始有N个顶点但没有边的图
    Graph = CreateGraph(N);

    E = 6;
    Graph->Ne = E;
    //所有边
    int AllEdge[6][2] = \
    { {0,7},
      {0,1},
      {2,0},
      {4,1},
      {2,4},
      {3,5}};
    if(Graph->Ne != 0){//图中有边
        e = new ENode;
        for(int i=0; i<Graph->Ne; i++){
            e->V1 = AllEdge[i][0];
            e->V2 = AllEdge[i][1];
            InsertEdge(Graph, e);
        }
    }
    */
    /*实际应用*/
    cin >> N;//顶点总数
    Graph = CreateGraph(N);//初始有N个顶点但没有边的图
    cin >> E;//边的总数
    Graph->Ne = E;

    //根据输入构建图
    if(Graph->Ne != 0){//图中有边
        e = new ENode;
        for(int i=0; i<Graph->Ne; i++){
            cin >> e->V1;
            cin >> e->V2;
            InsertEdge(Graph, e);
        }
    }
    return Graph;
}

void DFSPrintListComponents(MGraph Graph)
{
    if(Graph->Nv != 0){/*图中有结点*/
        for(int v=0; v<Graph->Nv; v++)
            if(!visited[v]){/*该结点未被访问过*/
                cout << "{ ";
                DFS(Graph, v);
                cout << "}\n";
            }
    }
}

void BFSPrintListComponents(MGraph Graph)
{
    if(Graph->Nv != 0){/*图中有结点*/
        for(int v=0; v<Graph->Nv; v++)
            if(!visited[v]){/*该结点未被访问过*/
                cout << "{ ";
                BFS(Graph, v);
                cout << "}\n";
            }
    }
}

void DFS(MGraph Graph, Vertex v)
{
    visited[v] = true;
    cout << v << " ";
    for(int w=0; w<MaxVertexNum; w++){
        if(Graph->G[v][w] > 0 && !visited[w]){
            /*表明v和w有边连接,且w未被遍历过*/
            DFS(Graph, w);
        }
    }
}

void BFS(MGraph Graph, Vertex v)
{
    /*初始化队列*/
    Queue Q;
    Q = initializeQueue();

    visited[v] = true;
    cout << v << " ";
    /*入队*/
    Enqueue(v, Q);
    while(!IsEmpty(Q)){
        /*出队*/
        v = Dequeue(Q);
        for(Vertex w=0; w<MaxVertexNum; w++){
            if(Graph->G[v][w] > 0 && !visited[w]){
                //v和w有边,且w未被遍历过
                visited[w] = true;
                cout << w << " ";
                Enqueue(w, Q);
            }
        }
    }
}

Queue initializeQueue()
{
    Queue Q;
    Q = new QNode;
    Q->Front = NULL;
    Q->Rear = NULL;
    return Q;
}

void Enqueue(Vertex v, Queue Q)
{
    Node *NewNode;
    NewNode = new Node;
    NewNode->v = v;
    NewNode->Next = NULL;
    if(IsEmpty(Q)){
        Q->Front = NewNode;
        Q->Rear = NewNode;
    }
    else{
        Q->Rear->Next = NewNode;
        Q->Rear = NewNode;
    }
}

Vertex Dequeue(Queue Q)
{
    Vertex v;
    Node *temp;
    v = Q->Front->v;
    temp = Q->Front;
    Q->Front = Q->Front->Next;
    delete temp;
    return v;
}

bool IsEmpty(Queue Q)
{
    return (Q->Front == NULL);
}

 

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