图的定义
图(Graph)是一个由顶点的有穷非空集合和顶点之间的边的集合组成,通常表示为:G(V,E),其中,G表示一个图,V是图G中顶点的集合,E是图G中边的集合。
图中的数据元素我们称为顶点(Vertex)
图中不允许没有顶点,若V是顶点的集合,则强调顶点集合V有穷非空。
图中任意两个顶点之间都可能有关系,顶点之间的逻辑关系用边来表示,边集可以为空
各种图的定义
无向边:若顶点vi到vj之间的边没有方向,则称这条边是无向边(Edge),用无序偶对(vi,vj)来表示。如果图中任意两个顶点之间的边都是无向边,则称该图是无向图
有向边:若从顶点vi到vj的边有方向,则称这条边为有向边,也称为弧(Arc)用有序偶<vi, vj>来表示,vi称为弧尾(Tail),vj称为弧头(Head)。如果图中任意两个顶点之间的边都是有向的,则称该图为有向图(Directed graphs)。
简单图:若不存在顶点到其自身的边,且同一条边不重复出现,则称这样的图为简单图。
无向完全图:在无向图中,如果任意两个顶点之间都存在边,则称该图是无向完全图。含有n个顶点的无向完全图有n(n-1)/2条边。
有向完全图:在有向图中,如果任意两个顶点之间都存在方向互为相反的两条弧,则称该图为有向完全图。含有n个顶点的有向完全图有n(n-1)条边
有很少条边或弧的图称为稀疏图,反之为稠密图。
有向图的边或弧具有与他相关的数字,这种与图的边或弧相关的数叫权(weight)。这些权可以表示从一个顶点到另一个顶点的距离或耗费。这种带权的图常称为网。
假设有两个图G = (V,{E})和g = (v,{e}),如果V包含v 且 E 包含e,则称g为G的子图。
图的顶点与边之间的关系
对于无向图G = (V,{E}),如果(V,v)属于E,则称V和v互为邻接点(Adjacent),顶点v的度(Degree)就是和v关联的边的数目,记为TD(v)
对于有向图G = (V,{E}),如果弧<V,v>属于E,则称顶点V邻接到顶点v,V,v相关联。以顶点V为头的弧的数目称为V的入度(InDegree),记为ID(v);以V为尾的弧的数目称为V的出度(OutDegree),记为OD(V);顶点V的度为TD(V) = ID(V) + OD(V)。
路径的长度是路径上的边或弧的数目
第一个顶点到最后一个顶点相同的路径称为回路或环(Cycle)。序列中顶点不重复出现的路径称为简单路径。除了第一个顶点和最后一个顶点之外,其余顶点不重复出现的回路,称为简单回路或简单环。
连通图相关术语
在无向图G中,如果从顶点V到v有路径,则称V和v是连通的。如果对于图中任意两个顶点vi,vj属于V,vi和vj都是连通的,则称G 是连通图(Connected Graph)
无向图中的极大连通子图称为连通分量
- 要是子图
- 子图要是连通的
- 连通子图含有极大顶点数
- 具有极大顶点数的连通子图包含依附于这些顶点所有边
在有向图G中,如果对于每一对vi,vj属于V,vi不等于vj,从vi到vj和从vj到vi都存在路径,则称G是强连通图。有向图中极大强连通子图称做有向图的强连通分量
连通图的生成树是一个极小的连通图,它含有图中全部的n个顶点,但只有构成一个数的n-1 条边。
如果一个图有n个顶点和小于n-1条边,则是非连通图,如果多于n-1条边,必定构成一个环。
如果一个有向图恰有一个顶点的入度为0,其余顶点的入度均为1,则是一颗有向树。
一个有向图的生成森林由若干棵有向树组成,含有图中的全部顶点,但只有足以构成若干棵不相交的有向树的弧
图的存储结构
邻接矩阵
图的邻接矩阵(Adjacency Matrix) 存储方式是用两个数组来表示图。一个一维数组存储图中顶点信息,一个二维数组(称为邻接矩阵)存储图中的边或弧的信息。
邻接表
把数组和链表结合的方式叫做邻接表