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[数据结构与算法]记录数据结构的学习010

(此文为王道数据结构学习笔记,只供个人后续复习使用,若有错误,还望指出我改正,谢谢)

图的遍历

广度优先遍历:

树的广度优先遍历:层序遍历,树是特殊的图

同样的,图也可以使用辅助队列实现层序遍历

bool visited[MAX_VERTEX_NUM];//初始全部为false,用来表示一个点是否被访问过了

void BFS(Graph G, int v){
	visit(v);//访问点v
	visited[v]=TRUE;//标记为被访问过
	Enqueue(Q,v);//辅助队列,v入队Q
	while(!isEmpty(Q)){
		DeQueue(Q,v);//v出队
		for(w=FirstNeighbor(G,v);w>=0;w=NextNeighbor(G,v,w))//检测v的邻接点
			if(!visited[w]){//如果w为邻接点
				visit(w);//访问w
				visited[w]=TRUE;//标记为被访问过
				EnQueue(Q,w);//w入队
			}
	}
}

如果为非连通图,以上算法将不能遍历为连上的子图,可以加一个判断改进

void BFSTraverse(Graph G){
	for(i=0;i<G.vexnum;++i)
		visited[i]=FALSE;//标记数组置为false
	InitQueue(Q);//初始化辅助队列
	for(i=0;i<G.vexnum;++i)//从第一个结点开始判断
		if(!visited[i])//如果该结点为被遍历
			BFS(G,i);//从该结点开始进行广度优先遍历
}

空间复杂度:辅助队列最大需要顶点数量个数的空间,即O(v);

时间复杂度:邻接矩阵存储,需要邻接矩阵查找的时间×顶点数,即O(V2)。邻接表存储,需要O(V+E)的时间,V为点数,E为边数

广度优先生成树/森林:

即进行遍历时,经过的边,N-1条,会形成一个树/或多个树。

深度优先遍历:

void DFSTraverse(Graph G){
	for(i=0;i<G.vexnum;++i)
		visited[i]=FALSE;//标记数组置为false
	InitQueue(Q);//初始化辅助队列
	for(i=0;i<G.vexnum;++i)//从第一个结点开始判断
		if(!visited[i])//如果该结点为被遍历
			DFS(G,i);//从该结点开始进行深度优先遍历
}

void DFS(Graph G, int v){
	visit(v);
	visited[v]=TRUE;
	for(w=FirstNeighbor(G,v);w>=0;w=NextNeighor(G, v, w))
		if(!visited[w])
			DFS(G,w);
}

时间复杂度于广度一样

深度优先生成树/森林:

即进行遍历时,经过的边,N-1条,会形成一个树/或多个树。

同一个图,不同邻接表,生成序列不同,而邻接矩阵一样。

有向图同一个图,不同顶点的遍历,最后生成的生成树,可能数量不同。

最小生成树:(最小代价树)MST

一个连通图中加权路径最短的树

一个连通的图,本身就是树,则其最小生成树为本身

Prim算法 普里姆算法

从某一点开始构建生成树,每次将代价最小的新顶点纳入生成树,直到所有顶点都纳入为止。

时间复杂度:O(V2) 点个数的平方 适合图的边稠密的图

Kruskal算法 克鲁斯卡尔算法

每次选择权值最小的边,让这条边的两头连通,原本连通的则不选,直到所有点都连通。

时间复杂度:O(E*LOG2 E) 边×边的二为底对数 适合图的边稀疏的图

最短路径问题

广度优先算法 BFS算法(无权图)

将边的权视为1,每遍历一层代价+1

void BFS_MIN_Distance(Graph G, int u){
	for(i=0;i<G.vexnum;++i){
		d[i]=INFINITY;	//表示u到i的距离,初始全部为无穷
		path[i]=-1;   	//最短路径经过的点,初始设为-1
	}
	d[u]=0;
	visited[u]=TRUE;
	EnQueue(Q,u);
	while(!isEmpty(Q)){  //BFS算法
		DeQueue(Q,u);
		for(w=FirstNeighbor(G,u);w>=0;w=NextNeighor(G, u, w))
			if(!visited[w]){	//w为u尚未访问的邻接结点
				d[w]=d[u]+1;	//路径长度+1
				path[w]=u;  	//最短路径从u到w
				visited[w]=TRUE;//w标记为已访问
				EnQueue(Q,w);
			}
	}
}

Dijkstra 迪杰斯特拉算法

对V0实现到其他所有点的最短路径Dijkstra算法:

设置三个数组:

final数组,用于存放顶点连通信息,如已和V0连通,则置为TRUE,初始V0为TRUE,其余为FALSE;

dist数组,用于存放此时V0到该点的最短路径长度,初始V0为0,邻接点为其权值,未邻接点为无穷;

path数组,用于存放到V0到该点长度为dist长时,所经过的上一个点的序号,即为该点的前驱。初始时,邻接点为V0序号(即0),其余点为-1;

算法流程:

查看final数组,找到为FALSE的点,对比它们dist,选取最小的顶点,将之final置为TRUE,更新三个数组。更新方式:判断其他点经过所选取的点后,V0与其的最短路径是否缩短,如缩短则改dist,同时将path改为所选取点作为前驱,同时将原本与V0不能连通,现在经过所选取的点与V0连通后的点的final置为TRUE。开启新一轮,重复上述操作,直到final值全部为TRUE为止。

完成后,dist即为V0到该点的最短路径长度,path即为到该点所经过的倒数第二个点,最短路径可通过path进行反推得出。(目标点path得知后,再查看目标点path所存序号的点的path,重复操作,直到某点path为0,即V0)

时间复杂度为O(n2)

Dijistra的不适用于权值有负数的情况

Floyd 弗洛伊德算法:求出每一对顶点之间的最短路径

使用动态规划思想,将问题分为多个阶段

对于n个顶点的图G,求任意一堆顶点Vi,Vj之间的最短路径可以分为以下阶段:

初始:不允许经过其他点中转,则Vi到Vj的最短路径长度为?

第1轮:允许经过V0中转,则Vi到Vj的最短路径长度为?

第1轮:允许经过V0、V1中转,则Vi到Vj的最短路径长度为?

第2轮:允许经过V0、V1、V2中转,则Vi到Vj的最短路径长度为?

第3轮:允许经过V0、V1、V2、V3中转,则Vi到Vj的最短路径长度为?

......

第n-1轮次:允许经过V0、V1、V2...Vn-1中转,则Vi到Vj的最短路径长度为?

经过不断优化实现即可

?循环部分的代码:

for(int k=0;k<n;k++){					//考虑以Vk作为中转点
	for(int i=0;i<n;i++){				//遍历矩阵,i为行,j为列
		for(int j=0;j<n;j++){
			if(A[i][j]>A[i][k]+A[k][j]){//经过Vk更短
				A[i][j]=A[i][k]+A[k][j];//更新最短路径长度
				path[i][j]=k;			//将中转点作为前驱path
			}
		}
	}
}

三重循环,时间复杂度为O(V^{3}

使用了辅助二维数组,空间复杂度为O(V^{2}

弗洛伊德算法可以解决带有负数权值的图,但不能解决有负数权值的回路的图,例如V0,V1,V0三个点,分别有V0—>V1权为 -3 ,V1—>V2权为 1 ,V2—>V0权为 1 ,此时经过越多次的回路,会让加权路径长度不断减小,无最短路径。

?

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加:2021-08-15 15:50:18  更:2021-08-15 15:52:15 
 
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