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Data-Structure/Dev-C++/ExerciseBook/07.15/MGraph.cpp
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2020-02-18 03:44:06 +08:00

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19 KiB
C++

/*=================================
* 图的数组(邻接矩阵)存储表示
*
* 包含算法: 7.1、7.2、7.4、7.5、7.6
==================================*/
#include "MGraph.h" //**▲07 图**//
// 录入数据的源文件;fp为null时,说明需要从控制台录入
static FILE* fp = NULL;
/*
* IncInfo指示该图/网的边/弧上是否存在附加信息。
* 如果其值不为0,则表示无附加信息,否则,表示存在附加信息。
*/
Boolean IncInfo = FALSE;
// 访问标志数组,记录访问过的顶点
static Boolean visited[MAX_VERTEX_NUM];
// 函数变量
static Status (* VisitFunc)(VertexType e);
/*
* ████████ 算法7.1 ████████
*
* 创建图/表
*
*【备注】
*
* 教材中默认从控制台读取数据。
* 这里为了方便测试,避免每次运行都手动输入数据,
* 因而允许选择从预设的文件path中读取测试数据。
*
* 如果需要从控制台读取数据,则path为NULL,或path[kind]为""。
* 如果需要从文件中读取数据,则需要在path中填写文件名信息。
*/
Status CreateGraph(MGraph* G, char* path[]) {
int readFromConsole; // 是否从控制台读取数据
int kind;
Status flag;
printf("请输入图的类型(0-有向图 │ 1-有向网 │ 2-无向图 │ 3-无向网):");
scanf("%d", &kind);
// 类型不合规
if(kind < 0 || kind > 3) {
return ERROR;
}
// 如果没有文件路径信息,则从控制台读取输入
readFromConsole = (path == NULL) || strcmp(path[kind], "") == 0;
// 需要从文件读取
if(readFromConsole) {
(*G).kind = GraphKind(kind); // 记录图/网的类型
} else {
// 打开文件,准备读取测试数据
fp = fopen(path[kind], "r");
if(fp == NULL) {
return ERROR;
}
// 录入图的类型
ReadData(fp, "%d", &((*G).kind));
}
// 随机创建有向图/网或无向图/网的一种
switch((*G).kind) {
case DG:
flag = CreateDG(G);
break;
case DN:
flag = CreateDN(G);
break;
case UDG:
flag = CreateUDG(G);
break;
case UDN:
flag = CreateUDN(G);
break;
default:
flag = ERROR;
break;
}
if(fp != NULL) {
fclose(fp);
fp = NULL;
}
return flag;
}
/*
* 构造有向图
*/
static Status CreateDG(MGraph* G) {
int i, j, k;
ArcCell arcs = {0, NULL}; // 有向图每条边的初始值
VertexType v1, v2;
if(fp == NULL) {
printf("请输入有向图的顶点数:");
scanf("%d", &((*G).vexnum));
printf("请输入有向图的弧数:");
scanf("%d", &((*G).arcnum));
printf("该有向图的弧上是否包含其他附加信息(0-不包含│1-包含):");
scanf("%d", &IncInfo);
// 录入顶点集
printf("请录入 %d 个顶点,不同顶点之间用空格隔开:", (*G).vexnum);
for(i = 0; i < (*G).vexnum; i++) {
// 跳过空白,寻找下一个"可读"符号
skipBlank(stdin);
scanf("%c", &((*G).vexs[i]));
}
} else {
ReadData(fp, "%d", &((*G).vexnum)); // 录入顶点数
ReadData(fp, "%d", &((*G).arcnum)); // 录入弧数
ReadData(fp, "%d", &IncInfo); // 判断弧上是否包含附加信息
// 录入顶点集
for(i = 0; i < (*G).vexnum; i++) {
// 跳过空白,寻找下一个"可读"符号
skipBlank(fp);
ReadData(fp, "%c", &((*G).vexs[i]));
}
}
// 初始化有向图的邻接矩阵
for(i = 0; i < (*G).vexnum; i++) {
for(j = 0; j < (*G).vexnum; j++) {
(*G).arcs[i][j] = arcs;
}
}
// 仅在控制台录入信息时输出此提示
if(fp == NULL && (*G).arcnum != 0) {
printf("请为有向图依次录入 %d 条弧的信息,顶点之间用空格隔开:\n", (*G).arcnum);
}
// 录入弧的信息
for(k = 0; k < (*G).arcnum; k++) {
if(fp == NULL) {
printf("第 %2d 条弧:", k + 1);
skipBlank(stdin); // 跳过空白,寻找下一个可读符号
scanf("%c", &v1);
skipBlank(stdin); // 跳过空白,寻找下一个可读符号
scanf("%c", &v2);
} else {
// 跳过空白,寻找下一个可读符号
skipBlank(fp);
ReadData(fp, "%c%c", &v1, &v2);
}
i = LocateVex(*G, v1); // 获取顶点v1在顶点集中的位置
j = LocateVex(*G, v2); // 获取顶点v2在顶点集中的位置
// 将指定的顶点关系设置为1,指示这两个顶点是直接连接的(注:这里没有验证下标是否越界)
(*G).arcs[i][j].adj = 1;
// 如果需要录入弧的其他附加信息
if(IncInfo) {
// 最后录入附加信息
Input(*G, &((*G).arcs[i][j].info));
}
}
// 从文件中读取数据时,最后其实应当判断一下是否读到了足够的信息
return OK;
}
/*
* 构造有向网
*/
static Status CreateDN(MGraph* G) {
int i, j, k;
ArcCell arcs = {INFINITE, NULL}; // 有向网每条弧的初始值
VertexType v1, v2;
VRType w;
if(fp == NULL) {
printf("请输入有向网的顶点数:");
scanf("%d", &((*G).vexnum));
printf("请输入有向网的弧数:");
scanf("%d", &((*G).arcnum));
printf("该有向网的弧上是否包含其他附加信息(0-不包含│1-包含):");
scanf("%d", &IncInfo);
// 录入顶点集
printf("请录入 %d 个顶点,不同顶点之间用空格隔开:", (*G).vexnum);
for(i = 0; i < (*G).vexnum; i++) {
// 跳过空白,寻找下一个"可读"符号
skipBlank(stdin);
scanf("%c", &((*G).vexs[i]));
}
} else {
ReadData(fp, "%d", &((*G).vexnum)); // 录入顶点数
ReadData(fp, "%d", &((*G).arcnum)); // 录入弧数
ReadData(fp, "%d", &IncInfo); // 判断弧上是否包含附加信息
// 录入顶点集
for(i = 0; i < (*G).vexnum; i++) {
// 跳过空白,寻找下一个"可读"符号
skipBlank(fp);
ReadData(fp, "%c", &((*G).vexs[i]));
}
}
// 初始化有向网的邻接矩阵
for(i = 0; i < (*G).vexnum; i++) {
for(j = 0; j < (*G).vexnum; j++) {
(*G).arcs[i][j] = arcs;
}
}
// 仅在控制台录入信息时输出此提示
if(fp == NULL && (*G).arcnum != 0) {
printf("请为有向网依次录入 %d 条弧(带权值)的信息,顶点及权值之间用空格隔开:\n", (*G).arcnum);
}
// 录入弧的信息
for(k = 0; k < (*G).arcnum; k++) {
if(fp == NULL) {
printf("第 %2d 条弧及其权值:", k + 1);
skipBlank(stdin); // 跳过空白,寻找下一个可读符号
scanf("%c", &v1);
skipBlank(stdin); // 跳过空白,寻找下一个可读符号
scanf("%c", &v2);
scanf("%d", &w);
} else {
// 跳过空白,寻找下一个可读符号
skipBlank(fp);
ReadData(fp, "%c%c%d", &v1, &v2, &w);
}
i = LocateVex(*G, v1); // 获取顶点v1在顶点集中的位置
j = LocateVex(*G, v2); // 获取顶点v2在顶点集中的位置
// 在指定的顶点关系上记录权值(注:这里没有验证下标是否越界)
(*G).arcs[i][j].adj = w;
// 如果需要录入弧的其他附加信息
if(IncInfo) {
// 最后录入附加信息
Input(*G, &((*G).arcs[i][j].info));
}
}
// 从文件中读取数据时,最后其实应当判断一下是否读到了足够的信息
return OK;
}
/*
* 构造无向图
*/
static Status CreateUDG(MGraph* G) {
int i, j, k;
ArcCell arcs = {0, NULL}; // 无向图每条边的初始值
VertexType v1, v2;
if(fp == NULL) {
printf("请输入无向图的顶点数:");
scanf("%d", &((*G).vexnum));
printf("请输入无向图的边数:");
scanf("%d", &((*G).arcnum));
printf("该无向图的边上是否包含其他附加信息(0-不包含│1-包含):");
scanf("%d", &IncInfo);
// 录入顶点集
printf("请录入 %d 个顶点,不同顶点之间用空格隔开:", (*G).vexnum);
for(i = 0; i < (*G).vexnum; i++) {
// 跳过空白,寻找下一个"可读"符号
skipBlank(stdin);
scanf("%c", &((*G).vexs[i]));
}
} else {
ReadData(fp, "%d", &((*G).vexnum)); // 录入顶点数
ReadData(fp, "%d", &((*G).arcnum)); // 录入边数
ReadData(fp, "%d", &IncInfo); // 判断边上是否包含附加信息
// 录入顶点集
for(i = 0; i < (*G).vexnum; i++) {
// 跳过空白,寻找下一个"可读"符号
skipBlank(fp);
ReadData(fp, "%c", &((*G).vexs[i]));
}
}
// 初始化无向图的邻接矩阵
for(i = 0; i < (*G).vexnum; i++) {
for(j = 0; j < (*G).vexnum; j++) {
(*G).arcs[i][j] = arcs;
}
}
// 仅在控制台录入信息时输出此提示
if(fp == NULL && (*G).arcnum != 0) {
printf("请为无向图依次录入 %d 条边的信息,顶点之间用空格隔开:\n", (*G).arcnum);
}
// 录入边的信息
for(k = 0; k < (*G).arcnum; k++) {
if(fp == NULL) {
printf("第 %2d 条边:", k + 1);
skipBlank(stdin); // 跳过空白,寻找下一个可读符号
scanf("%c", &v1);
skipBlank(stdin); // 跳过空白,寻找下一个可读符号
scanf("%c", &v2);
} else {
// 跳过空白,寻找下一个可读符号
skipBlank(fp);
ReadData(fp, "%c%c", &v1, &v2);
}
i = LocateVex(*G, v1); // 获取顶点v1在顶点集中的位置
j = LocateVex(*G, v2); // 获取顶点v2在顶点集中的位置
// 将指定的顶点关系设置为1,指示这两个顶点是直接连接的(注:这里没有验证下标是否越界)
(*G).arcs[i][j].adj = 1;
// 如果需要录入边的其他附加信息
if(IncInfo) {
// 最后录入附加信息
Input(*G, &((*G).arcs[i][j].info));
}
// 填充对称点
(*G).arcs[j][i] = (*G).arcs[i][j];
}
// 从文件中读取数据时,最后其实应当判断一下是否读到了足够的信息
return OK;
}
/*
* ████████ 算法7.2 ████████
*
* 构造无向网
*/
static Status CreateUDN(MGraph* G) {
int i, j, k;
ArcCell arcs = {INFINITE, NULL}; // 无向网每条边的初始值
VertexType v1, v2;
VRType w;
if(fp == NULL) {
printf("请输入无向网的顶点数:");
scanf("%d", &((*G).vexnum));
printf("请输入无向网的边数:");
scanf("%d", &((*G).arcnum));
printf("该无向网的边上是否包含其他附加信息(0-不包含│1-包含):");
scanf("%d", &IncInfo);
// 录入顶点集
printf("请录入 %d 个顶点,不同顶点之间用空格隔开:", (*G).vexnum);
for(i = 0; i < (*G).vexnum; i++) {
// 跳过空白,寻找下一个"可读"符号
skipBlank(stdin);
scanf("%c", &((*G).vexs[i]));
}
} else {
ReadData(fp, "%d", &((*G).vexnum)); // 录入顶点数
ReadData(fp, "%d", &((*G).arcnum)); // 录入边数
ReadData(fp, "%d", &IncInfo); // 判断边上是否包含附加信息
// 录入顶点集
for(i = 0; i < (*G).vexnum; i++) {
// 跳过空白,寻找下一个"可读"符号
skipBlank(fp);
ReadData(fp, "%c", &((*G).vexs[i]));
}
}
// 初始化无向网的邻接矩阵
for(i = 0; i < (*G).vexnum; i++) {
for(j = 0; j < (*G).vexnum; j++) {
(*G).arcs[i][j] = arcs;
}
}
// 仅在控制台录入信息时输出此提示
if(fp == NULL && (*G).arcnum != 0) {
printf("请为无向网依次录入 %d 条边(带权值)的信息,顶点及权值之间用空格隔开:\n", (*G).arcnum);
}
// 录入边的信息
for(k = 0; k < (*G).arcnum; k++) {
if(fp == NULL) {
printf("第 %2d 条边及其权值:", k + 1);
skipBlank(stdin); // 跳过空白,寻找下一个可读符号
scanf("%c", &v1);
skipBlank(stdin); // 跳过空白,寻找下一个可读符号
scanf("%c", &v2);
scanf("%d", &w);
} else {
// 跳过空白,寻找下一个可读符号
skipBlank(fp);
ReadData(fp, "%c%c%d", &v1, &v2, &w);
}
i = LocateVex(*G, v1); // 获取顶点v1在顶点集中的位置
j = LocateVex(*G, v2); // 获取顶点v2在顶点集中的位置
// 在指定的顶点关系上记录权值(注:这里没有验证下标是否越界)
(*G).arcs[i][j].adj = w;
// 如果需要录入边的其他附加信息
if(IncInfo) {
// 最后录入附加信息
Input(*G, &((*G).arcs[i][j].info));
}
// 填充对称点
(*G).arcs[j][i] = (*G).arcs[i][j];
}
// 从文件中读取数据时,最后其实应当判断一下是否读到了足够的信息
return OK;
}
/*
* 录入边/弧的相关附加信息
*/
static void Input(MGraph G, InfoType** info) {
//录入边/弧的信息,本测试涉及到的边/弧默认无其他附加信息
}
/*
* 查找
*
* 返回顶点u在图/网中的位置
*/
int LocateVex(MGraph G, VertexType u) {
int i;
for(i = 0; i < G.vexnum; i++) {
if(G.vexs[i] == u) {
return i;
}
}
return -1;
}
/*
* 插入顶点
*
* 将指定的顶点v追加到顶点集中,未建立该顶点与其他顶点的关系
*/
Status InsertVex(MGraph* G, VertexType v) {
int i, k;
VRType adj;
// 顶点数过多
if((*G).vexnum == MAX_VERTEX_NUM) {
return ERROR;
}
// 首先需要判断该顶点是否存在
k = LocateVex(*G, v);
if(k >= 0) {
return ERROR; // 指定的顶点存在时,无需重复添加
}
// 确定一个非连通标记
if((*G).kind == DG || (*G).kind == UDG) {
adj = 0; // 图
} else if((*G).kind == DN || (*G).kind == UDN) {
adj = INFINITE; // 网
} else {
return ERROR;
}
(*G).vexs[(*G).vexnum] = v;
(*G).vexnum++;
for(i = 0; i < (*G).vexnum; i++) {
(*G).arcs[i][(*G).vexnum - 1].adj = adj;
(*G).arcs[(*G).vexnum - 1][i].adj = adj;
}
return OK;
}
/*
* 删除顶点
*
* 从顶点集中删除指定的顶点v,注意需要更新相关的顶点关系
*/
Status DeleteVex(MGraph* G, VertexType v) {
int i, j, k;
VRType adj;
k = LocateVex(*G, v);
if(k == -1) {
return ERROR; // 指定的顶点不存在
}
// 确定一个非连通标记
if((*G).kind == DG || (*G).kind == UDG) {
adj = 0; // 图
} else if((*G).kind == DN || (*G).kind == UDN) {
adj = INFINITE; // 网
} else {
return ERROR;
}
// 更新边/弧的数量
for(i = 0; i < (*G).vexnum; i++) {
// 如果存在从顶点v出发的边,则边的数量减一
if((*G).arcs[k][i].adj != adj) {
(*G).arcnum--;
}
// 如果这是有向的图/网,依然需要更新边/弧的数量
if((*G).kind == DG || (*G).kind == DN) {
// 如果存在到达顶点v的边,则边的数量减一
if((*G).arcs[i][k].adj != adj) {
(*G).arcnum--;
}
}
}
// 将邻接矩阵中的顶点关系左移
for(j = k + 1; j < (*G).vexnum; j++) {
for(i = 0; i < (*G).vexnum; i++) {
(*G).arcs[i][j - 1] = (*G).arcs[i][j]; // 右边的列挪到左边的列
}
}
// 将邻接矩阵中的顶点关系上移
for(i = k + 1; i < (*G).vexnum; i++) {
// 注,由于上面进行左移的关系,所以这里的j是小于(*G).vexnum - 1
for(j = 0; j < (*G).vexnum - 1; j++) {
(*G).arcs[i - 1][j] = (*G).arcs[i][j]; // 下一行挪到上一行
}
}
// 将该顶点从顶点集中移除
for(i = k + 1; i < (*G).vexnum; i++) {
(*G).vexs[i - 1] = (*G).vexs[i];
}
// 顶点数减一
(*G).vexnum--;
return OK;
}
/*
* 插入边/弧<v, w>
*
* 如果当前图/网是无向的,则插入一条弧需要增加两个顶点关系,但弧的数量只增一。
*
* 对于图来说,可以在可变参数中列出边/弧的附加信息;
* 对于网来说,可以在可变参数中依次列出边/弧的权值以及附加信息。
*/
Status InsertArc(MGraph* G, VertexType v, VertexType w, ...) {
int kv, kw;
VRType adj; // 顶点关系
Boolean overlay = FALSE; // 是否为覆盖添加
InfoType* info = NULL; // 边/弧的附加信息
va_list ap;
kv = LocateVex(*G, v);
if(kv == -1) {
return ERROR; // 指定的顶点不存在
}
kw = LocateVex(*G, w);
if(kw == -1) {
return ERROR; // 指定的顶点不存在
}
// 拒绝环
if(kv == kw) {
return ERROR;
}
/* 确定一个顶点关系 */
// 对于图来说,连通关系用1表示
if((*G).kind == DG || (*G).kind == UDG) {
adj = 1;
// 如果边/弧上存在附加信息
if(IncInfo) {
va_start(ap, w); // 在w后查询首个可变参数
info = va_arg(ap, InfoType*); // 获取附加信息
va_end(ap);
}
overlay = (*G).arcs[kv][kw].adj != 0;
// 对于网来说,此处需要从可变参数中获取权值信息
} else if((*G).kind == DN || (*G).kind == UDN) {
va_start(ap, w); // 在w后查询首个可变参数
adj = va_arg(ap, VRType); // 获取权值信息
// 如果边/弧上存在附加信息
if(IncInfo) {
info = va_arg(ap, InfoType*); // 获取附加信息
}
va_end(ap);
overlay = (*G).arcs[kv][kw].adj != INFINITE;
} else {
return ERROR;
}
(*G).arcs[kv][kw].adj = adj; // 记录顶点关系
// 如果边/弧上存在附加信息,则记录附加关系
if(IncInfo) {
(*G).arcs[kv][kw].info = info;
}
// 如果是无向图/网,需要考虑对称性
if((*G).kind == UDG || (*G).kind == UDN) {
(*G).arcs[kw][kv] = (*G).arcs[kv][kw];
}
// 在非覆盖的情形下,才考虑更新边/弧的数量
if(!overlay) {
(*G).arcnum++; // 不论有向无向,边/弧数只增一
}
return OK;
}
/*
* 删除边/弧
*
* 此删除只是更新边/弧的连通关系
*/
Status DeleteArc(MGraph* G, VertexType v, VertexType w) {
int kv, kw;
VRType adj;
Boolean found = FALSE; // 是否存在待删除的边/弧
kv = LocateVex(*G, v);
if(kv == -1) {
return ERROR; // 指定的顶点不存在
}
kw = LocateVex(*G, w);
if(kw == -1) {
return ERROR; // 指定的顶点不存在
}
// 确定一个非连通标记
if((*G).kind == DG || (*G).kind == UDG) {
adj = 0; // 图
found = (*G).arcs[kv][kw].adj != 0;
} else if((*G).kind == DN || (*G).kind == UDN) {
adj = INFINITE; // 网
found = (*G).arcs[kv][kw].adj != INFINITE;
} else {
return ERROR;
}
// 标记这两个顶点已断开连接
(*G).arcs[kv][kw].adj = adj;
// 如果是无向图/网,需要考虑对称性
if((*G).kind == UDG || (*G).kind == UDN) {
(*G).arcs[kw][kv] = (*G).arcs[kv][kw];
}
// 在找到了指定的弧时,才考虑更新边/弧的数量
if(found) {
(*G).arcnum--; // 不论有向无向,边/弧数只减一
}
return OK;
}
/*
* 以图形化形式输出当前结构
*
* 注:在图/网中,使用"-"来表示两顶点不直接连通
*/
void PrintGraph(MGraph G) {
int i, j;
if(G.vexnum == 0) {
printf("空图,无需打印!\n");
return;
}
printf("当前图/网包含 %2d 个顶点, %2d 条边/弧...\n", G.vexnum, G.arcnum);
printf(" ");
for(i = 0; i < G.vexnum; i++) {
printf(" %c", G.vexs[i]);
}
printf("\n");
for(i = 0; i < G.vexnum; i++) {
printf("%c ", G.vexs[i]);
for(j = 0; j < G.vexnum; j++) {
if(((G.kind == DG || G.kind == UDG) && G.arcs[i][j].adj == 0) || ((G.kind == DN || G.kind == UDN) && G.arcs[i][j].adj == INFINITE)) {
printf(" -");
} else {
printf("%3d", G.arcs[i][j].adj);
}
}
printf("\n");
}
}