无向图的广度、深度搜索以及Prim算法生成等价类

本文深入探讨了图的基本概念,包括使用邻接矩阵表示图,以及实现图的深度优先搜索(DFS)和广度优先搜索(BFS)。此外,还详细介绍了Prim算法用于寻找加权图的最小生成树,提供了完整的C++代码实现。

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#include<iostream>
#include<stack>
#include<queue>
using namespace std;

template<class T>
class Edge{
public:
	int start,end;
	T weight;
	Edge(){
	
	}
	Edge(int s,int e,T w):start(s),end(e),weight(w){}
	bool operator >(Edge<T> oth){
		return weight>oth.weight;
	}
	bool operator <(Edge<T> oth){
		return weight<oth.weight;
	}
};


class Graph{
protected:
	int **matrix;
public:
	int nodeNum;
	int edgeNum;
	int *Mark;
	Graph(int verticesNum){
		edgeNum = 0;
		nodeNum = verticesNum;
		Mark = new int[nodeNum];
		for(int i = 0;i<nodeNum;i++)Mark[i] = 0;
		matrix =(int **)new int*[nodeNum];
		for(int i =0;i<nodeNum;i++)matrix[i] = new int[nodeNum];
		for(int i = 0;i<nodeNum;i++)
			for(int j = 0;j<nodeNum;j++)
				matrix[i][j] = 0;

	}
	~Graph(){
		delete []Mark;
		for(int i = 0;i<nodeNum;i++)delete []matrix[i];
		delete []matrix;
	}
	void setEdge(int f,int s,int w){
		if(!matrix[f][s]){
			edgeNum++;
		}
		matrix[f][s] =  matrix[s][f] = w;
	}

	void delEdge(int f,int s){
		
		if(!matrix[f][s]){
			edgeNum--;
		}
		matrix[f][s] =  matrix[s][f] = 0;
	}

	void deepFirst(){
		for(int i = 0;i<nodeNum;i++)Mark[i] = 0;
		for(int i = 0;i<nodeNum;i++)
		if(Mark[i] == 0)DFS(i);
	}

	void DFS(int n){
		Mark[n] = 1;
		cout<<n<<" ";
		for(int i = 0;i<nodeNum;i++){
			if(matrix[n][i]){
				if(Mark[i] == 0)DFS(i);
			}
		}
	}

	void deepFirstWithoutRecusion(){
		stack<int> s;
		for(int i = 0;i<nodeNum;i++)Mark[i] = 0;
		for(int i = 0;i<nodeNum;i++){
			if(Mark[i] == 0){
				s.push(i);
				cout<<i<<" ";
				Mark[i] = 1;

				while(!s.empty()){
					int v = s.top();
					s.pop();
					for(int j = 0;j<nodeNum;j++){
						if(matrix[v][j] != 0){
							if(Mark[j] == 0){
								s.push(j);
								cout<<j<<" ";
								Mark[j] = 1;
							}
						}		
					} 
				}

			}
		}
	
	}

	void levelFirst(){
		for(int i = 0;i<nodeNum;i++)Mark[i] = 0;
		for(int i = 0;i<nodeNum;i++)
			if(Mark[i] == 0)BFS(i);
	}

	void BFS(int v){
		queue<int> q;
		Mark[v] = 1;
		q.push(v);
		cout<<v<<" ";
		while(!q.empty()){
			int u = q.front();
			q.pop();
			for(int i=0;i<nodeNum;i++){
				if(matrix[u][i] && Mark[i] == 0){
					q.push(i);
					cout<<i<<" ";
					Mark[i] = 1;
				}
			}
		}
	}
	
	Edge<int> * Prim(int s){
		//从s 顶点出发得到的最小生成树
		int Affinity = -1000;
		Edge<int> * MST = NULL;
		int * nearest;	//生成树中到节点i 的最小边的权值
		int * neighbor;//生成树中与i 最近的编号
						//-1表示已经在树中
		nearest = new int[nodeNum];
		neighbor  =new int[nodeNum];
		MST = new Edge<int>[nodeNum-1];

		for(int i = 0;i<nodeNum;i++){
			neighbor[i] = s;//左右顶点相邻的
			nearest[i] = Affinity;
		}

		for(int i = 0;i<nodeNum;i++){
			if(matrix[s][i]){
				nearest[i] = matrix[s][i];
			}
		}
		neighbor[s] = -1;//s点已经在树中

		for(int i = 1;i<nodeNum;i++){
			int min = Affinity;
			int v = -1;
			for(int j = 0;j<nodeNum;j++){
				if(nearest[j]<min&&neighbor[j]>-1){
				min = nearest[j];
				v = j;
				}
			}
			if(v>=0){
				neighbor[v] = -1;
				Edge<int> tmp(s,v,nearest[v]);
				MST[i] = tmp;
				for(int m = 0;m<nodeNum;m++){
					if(matrix[v][m]){//v-? 边筛选
						if(neighbor[m]>=0&&nearest[m]>matrix[v][m]){
							neighbor[m] = v;
							nearest[m] = matrix[v][m];
						}
				
					}
				}
			}
		}
		delete []neighbor;
		delete []nearest;
		return MST;
	}

};

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