图的基本定义与表示

什么是图?
思考:图书馆问题里,统计书有哪些人买?这些人还买了什么书?
图的应用:社交网络(人与人之间的关系连线;六度空间理论),最短路径问题,最小生成数问题

-图:

表示“多对多”的关系,把线性表和树全部包括在内;线性表是一对一的关系,树表示一对多关系;线性表和树都可以被认为是一种特殊的图。
树包含:
一组顶点:通常用V(Vertex)表示顶点集合;
一组边:通常用E(Edge)表示边的集合;
边是顶点对:(v,w)属于E,其中v,w属于V(双行线);
有向边表示从v指向w的边(单行线)不能由w指向v;
不考虑重边(两个顶点之间如果是无向边 则默认只有一条)和自回路(对有向边 一定是从一个顶点指向另一个顶点,不能指向自己)

-图的抽象数据类型定义:

类型名称:图(Graph)
数据对象集:G(V,E)由一个非空的有限顶点集合V和一个有限边集合E组成。(可以没有边 但必须有顶点)
操作集:创建、插入(v的插入和e的插入)、遍历(深度优先或宽度优先)、计算最短距离、计算最小生成树等等

常用术语:无向图,有向图,(带权重的图)网络 等等

-怎么在程序中表示一个图:

邻接矩阵(用二维数组表示一个图)G [ N ] [ N ]:N个顶点从0到N-1编号,
G [ i ] [ j ] = 1或者0;若 < Vi , Vj > 是G中的边,则为1,否则为0。
得到二维数组矩阵,该矩阵特点:左斜线上为0,矩阵是对称的。这样有一半的空间是浪费的,所以我们可以用一个长度为
(N+1)N/2一维数组代替。
对于网络,只要把 G [ i ] [ j ] 的值定义为边 的权重即可。此时Vi 和 Vj之间没有边该怎么表示?保留问题

邻接矩阵的好处:
直观便于理解;
方便检查任意一对顶点间是否存在边,方便找任一顶点的所有“邻接点”(有边直接相连的顶点);
方便计算任一顶点的“度”(从该店发出的边数为“出度”,指向该店的边数为“入度”);
无向图:对应行(或列)非0元素的个数
有向图:对应行非0元素的个数为“出度”,对应列非0元素的个数为“入度”
邻接矩阵的缺点:
存储稀疏图(点很多而边很少)时有大量无效元素,浪费空间;对稠密图(特别是完全图:任意两个顶点之间都有一条边)比较合适。
浪费时间:统计稀疏图中一共有多少条边

邻接表:G [ N ] 为指针数组,对应矩阵每行一个链表,只存非0元素
要够稀疏用邻接表才合算
特点:
方便找任一顶点所有的“邻接点”
节约稀疏图的空间:需要N个头指针+2E个结点(每个结点至少2个域)
对无向图:方便计算任一顶点的“度”;对有向图:只能计算出度,计算入度需要构造“逆邻接表”(存指向自己的边)
表示一个图有很多方法 不仅上述两种

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