数据结构图的遍历演示.doc

《数据结构》课程设计报告

设计题目
图的遍历演示
学生姓名
XXX
学生班级
XXXXX
学生学号
XXXXXX
指导教师
XXXXX

完成时间 2015 年 12 月26 日

1.1问题描述
从图中某个顶点出发访问图中所有顶点，且使得每一顶点仅被访问一次，这个过程称为图的遍历。图的遍历是从图中某个顶点出发，沿着某条搜索路径对图中其余每个顶点进行访问, 并且使图中的每个顶点仅被访问一次的过程。
图的遍历是图运算中最重要的运算,也是图的基本运算之一,图的许多运算都是以遍历为基础的。试编写一个程序，完成对图的遍历。

1.2基本要求
1．以邻接矩阵为存储结构，实现无向图的深度优先遍历和广度优先遍历。
2．分别输出每种遍历下的结点访问序列.从图中某个顶点出发，沿着某条搜索路径对图中每个顶点各做一次且仅做一次访问。它是许多图的算法的基础。
图的遍历介绍
基本概念
图的遍历: 图中某个顶点出发访问图中所有顶点，且使得每一顶点仅被访问一次，这个过程称为图的遍历。图的遍历是从图中某个顶点出发，沿着某条搜索路径对图中其余每个顶点进行访问, 并且使图中的每个顶点仅被访问一次的过程。
图的遍历是图运算中最重要的运算,也是图的基本运算之一,图的许多运算都是以遍历为基础的。
1.3.2、 分类
按照搜索途径的不同，图的遍历可分为：深度优先遍历（Depth-First Traverse）和广度优先遍历（Breadth-First Traverse）两大类。深度优先遍历和广度优先遍历是最为重要的两种遍历图的方法。
（1）深度优先遍历 (Depth-First Traverse)
特点：尽可能先对纵深方向的顶点进行访问
① ．深度优先遍历的递归定义
假设给定图G的初态是所有顶点均未曾访问过。在G中任选一顶点v为初始出发点(源点)，则深度优先遍历可定义如下：首先访问出发点v，并将其标记为已访问过；然后依次从v出发搜索v的每个邻接点w。若w未曾访问过，则以w为新的出发点继续进行深度优先遍历，直至图中所有和源点v有路径相通的顶点(亦称为从源点可达的顶点)均已被访问为止。若此时图中仍有未访问的顶点，则另选一个尚未访问的顶点作为新的源点重复上述过程，直至图中所有顶点均已被访问为止。
图的深度优先遍历类似于树的前序遍历。采用的搜索方法的特点是尽可能先对纵深方向进行搜索。这种搜索方法称为深度优先搜索(Depth-First Search)。相应地，用此方法遍历图就很自然地称之为图的深度优先遍历。
② . 深度优先搜索的过程
a 基本思想:
首先访问图中某一个指定的出发点Vi；
然后任选一个与顶点Vi相邻的未被访问过的顶点Vj；
以Vj为新的出发点继续进行深度优先搜索，直至图中所有顶点均被访问过。
b具体过程:
设x是当前被访问顶点，在对x做过访问标记后，选择一条从x出发的未检测过的边(x，y)。若发现顶点y已访问过，则重新选择另一条从x出发的未检测过的边，否则沿边(x，y)到达未曾访问过的y，对y访问并将其标记为已访问过；然后从y开始搜索，直到搜索完从y出发的所有路径，即访问完所有从y出发可达的顶点之后，才回溯到顶点x，并且再选择一条从x出发的未检测过的边。上述过程直至从x出发的所有边都已检测过为止。此时，若x不是源点，则回溯到在x之前被访问过的顶点；否则图中所有和源点有路径相通的顶点(即从源点可达的所有顶点)都已被访问过，若图G是连通图，则遍历过程结束，否则继续选择一个尚未被访问的顶点作为新源点，进行新的搜索过程。
(2)广度优先遍历（Breadth-First Traverse）:
特点：尽可能先从指定的出发点，横向地访问图中各个顶点。
① ．广度优先遍历的定义
在访问了起始点之后,首先依次访问起始点的各个邻接点,然后依次访问那些顶点中未被访问过的邻接点.依此类推,直到所有被访问到的顶点的邻接点都被访问过为止.
② ．广度优先搜索的过程
a算法基本思想：
首先访问图中某一指定的出发点Vi；
然后依次访问Vi的所有接点Vi1，Vi2…Vit；
再次访问Vi1，Vi2…，Vit的邻接点中未经访问过的顶点，依此类推，直到图中所有顶点均被访问为止。
b具体过程：
从广度优先搜索遍历方法可知，先被访问的顶点的邻接点也被访问，即假设顶点V在W之前被访问，那么顶点V的所有未经访问的邻接点也在顶点W的所有未经访问的邻接点之前被访问。这样可以在广度优先遍历的算法中设置一个队列结构，用以保存已访问过的顶点的序号，访问该顶点的所有未经访问的顶点。
广度优先搜索是一种分层的搜索过程，每向前走一步可能访问一批顶点，不像深度优先搜索那样会出现回退的现象。因此它不是个递归的过程。为了实现逐层访问，算法中使用了一个队列以记忆正在访问的这一层和上一层的顶点，以便于向下一层访问。为了避免重复访问，需要一个辅助函数visitvex[]给被访问过的顶点加标记。
2.概要设计
2.1算法说明
邻接矩阵作为存储结构的程序示例
#include"stdio.h"
#include"stdlib.h"
#define MaxVertexNum 100 //定义最大顶点数
typedef struct{
char vexs[MaxVertexNum]; //顶点表
int edges[MaxVertexNum][MaxVertexNum]; //邻接矩阵，可看作边表
int n,e; //图中的顶点数n和边数e
}MGraph; //用邻接矩阵表示的图的类型
//=========建立邻接矩阵=======
void CreatMGraph(MGraph *G)
{
int i,j,k;
char a;
printf("Input VertexNum(n) and EdgesNum(e): ");
scanf("%d,%d",&G->n,&G->e); //输入顶点数和边数
scanf("%c",&a);
printf("Input Vertex string:");
for(i=0;i<G->n;i++)
{
scanf("%c",&a);
G->vexs[i]=a; //读入顶点信息，建立顶点表
}
for(i=0;i<G->n;i++)
for(j=0;j<G->n;j++)
G->edges[i][j]=0; //初始化邻接矩阵
printf("Input edges,Creat Adjacency Matrix\n");
for(k=0;k<G->e;k++) { //读入e条边，建立邻接矩阵
scanf("%d%d",&i,&j); //输入边（Vi，Vj）的顶点序号
G->edges[i][j]=1;
G->edges[j][i]=1; //若为无向图，矩阵为对称矩阵；若建立有向图，去掉该条语句
}
}
//=========定义标志向量，为全局变量=======
typedef enum{FALSE,TRUE} Boolean;
Boolean visited[MaxVertexNum];
//========DFS：深度优先遍历的递归算法======
void DFSM(MGraph *G,int i)
{ //以Vi为出发点对邻接矩阵表示的图G进行DFS搜索，邻接矩阵是0，1矩阵
int j;
printf("%c",G->vexs[i]); //访问顶点Vi
visited[i]=TRUE; //置已访问标志
for(j=0;j<G->n;j++) //依次搜索Vi的邻接点
if(G->edges[i][j]==1 && ! visited[j])
DFSM(G,j); //（Vi，Vj）∈E，且Vj未访问过，故Vj为新出发点
}
void DFS(MGraph *G)
{
int i;
for(i=0;i<G->n;i++)
visited[i]=FALSE; //标志向量初始化
for(i=0;i<G->n;i++)
if(!visited[i]) //Vi未访问过
DFSM(G,i); //以Vi为源点开始DFS搜索
}
//===========BFS：广度优先遍历=======
void BFS(MGraph *G,int k)
{ //以Vk为源点对用邻接矩阵表示的图G进行广度优先搜索
int i,j,f=0,r=0;
int cq[MaxVertexNum]; //定义队列
for(i=0;i<G->n;i++)
visited[i]=FALSE; //标志向量初始化
for(i=0;i<G->n;i++)
cq[i]=-1; //队列初始化
printf("%c",G->vexs[k]); //访问源点Vk
visited[k]=TRUE;
cq[r]=k; //Vk已访问，将其入队。注意，实际上是将其序号入队
while(cq[f]!=-1) { //队非空则执行
i=cq[f]; f=f+1; //Vf出队
for(j=0;j<G->n;j++) //依次Vi的邻接点Vj
if(G->edges[i][j]==1 && !visited[j]) { //Vj未访问
printf("%c",G->vexs[j]); //访问Vj
visited[j]=TRUE;
r=r+1; cq[r]=j; //访问过Vj入队
}
}
}
//==========main=====
void main()
{
int i;
MGraph *G;
G=(MGraph *)malloc(sizeof(MGraph)); //为图G申请内存空间
CreatMGraph(G); //建立邻接矩阵
printf("Print Graph DFS: ");
DFS(G); //深度优先遍历
printf("\n");
printf("Print Graph BFS: ");
BFS(G,3); //以序号为3的顶点开始广度优先遍历
printf("\n");
}
执行顺序：
V6
V4

V5

V7

V2

V3

V1

V0
Vo

图G的示例

Input VertexNum(n) and EdgesNum(e): 8，9
Input Vertex string: 01234567
Input edges,Creat Adjacency Matrix
0 1
0 2
1 3
1 4
2 5
2 6
3 7
4 7
5 6
Print Graph DFS: 01374256
Print Graph BFS: 31704256
1． 邻接链表作为存储结构程序示例
#include"stdio.h"
#include"stdlib.h"
#define MaxVertexNum 50 //定义最大顶点数
typedef struct node{ //边表结点
int adjvex; //邻接点域
struct node *next; //链域
}EdgeNode;
typedef struct vnode{ //顶点表结点
char vertex; //顶点域
EdgeNode *firstedge; //边表头指针
}VertexNode;
typedef VertexNode AdjList[MaxVertexNum]; //AdjList是邻接表类型
typedef struct {
AdjList adjlist; //邻接表
int n,e; //图中当前顶点数和边数
} ALGraph; //图类型
//=========建立图的邻接表=======
void CreatALGraph(ALGraph *G)
{
int i,j,k;
char a;
EdgeNode *s; //定义边表结点
printf("Input VertexNum(n) and EdgesNum(e): ");
scanf("%d,%d",&G->n,&G->e); //读入顶点数和边数
scanf("%c",&a);
printf("Input Vertex string:");
for(i=0;i<G->n;i++) //建立边表
{
scanf("%c",&a);
G->adjlist[i].vertex=a; //读入顶点信息
G->adjlist[i].firstedge=NULL; //边表置为空表
}
printf("Input edges,Creat Adjacency List\n");
for(k=0;k<G->e;k++) { //建立边表
scanf("%d%d",&i,&j); //读入边（Vi，Vj）的顶点对序号
s=(EdgeNode *)malloc(sizeof(EdgeNode)); //生成边表结点
s->adjvex=j; //邻接点序号为j
s->next=G->adjlist[i].firstedge;
G->adjlist[i].firstedge=s; //将新结点*S插入顶点Vi的边表头部
s=(EdgeNode *)malloc(sizeof(EdgeNode));
s->adjvex=i; //邻接点序号为i
s->next=G->adjlist[j].firstedge;
G->adjlist[j].firstedge=s; //将新结点*S插入顶点Vj的边表头部
}
}
//=========定义标志向量，为全局变量=======
typedef enum{FALSE,TRUE} Boolean;
Boolean visited[MaxVertexNum];
//========DFS：深度优先遍历的递归算法======
void DFSM(ALGraph *G,int i)
{ //以Vi为出发点对邻接链表表示的图G进行DFS搜索
EdgeNode *p;
printf("%c",G->adjlist[i].vertex); //访问顶点Vi
visited[i]=TRUE; //标记Vi已访问
p=G->adjlist[i].firstedge; //取Vi边表的头指针
while(p) { //依次搜索Vi的邻接点Vj，这里j=p->adjvex
if(! visited[p->adjvex]) //若Vj尚未被访问
DFSM(G,p->adjvex); //则以Vj为出发点向纵深搜索
p=p->next; //找Vi的下一个邻接点
}
}
void DFS(ALGraph *G)
{
int i;
for(i=0;i<G->n;i++)
visited[i]=FALSE; //标志向量初始化
for(i=0;i<G->n;i++)
if(!visited[i]) //Vi未访问过
DFSM(G,i); //以Vi为源点开始DFS搜索
}
//==========BFS：广度优先遍历=========
void BFS(ALGraph *G,int k)
{ //以Vk为源点对用邻接链表表示的图G进行广度优先搜索
int i,f=0,r=0;
EdgeNode *p;
int cq[MaxVertexNum]; //定义FIFO队列
for(i=0;i<G->n;i++)
visited[i]=FALSE; //标志向量初始化
for(i=0;i<=G->n;i++)
cq[i]=-1; //初始化标志向量
printf("%c",G->adjlist[k].vertex); //访问源点Vk
visited[k]=TRUE;
cq[r]=k; //Vk已访问，将其入队。注意，实际上是将其序号入队
while(cq[f]!=-1) { 队列非空则执行
i=cq[f]; f=f+1; //Vi出队
p=G->adjlist[i].firstedge; //取Vi的边表头指针
while(p) { //依次搜索Vi的邻接点Vj（令p->adjvex=j）
if(!visited[p->adjvex]) { //若Vj未访问过
printf("%c",G->adjlist[p->adjvex].vertex); //访问Vj
visited[p->adjvex]=TRUE;
r=r+1; cq[r]=p->adjvex; //访问过的Vj入队
}
p=p->next; //找Vi的下一个邻接点
}
}//endwhile
}
//==========主函数===========
void main()
{
int i;
ALGraph *G;
G=(ALGraph *)malloc(sizeof(ALGraph));
CreatALGraph(G);
printf("Print Graph DFS: ");
DFS(G);
printf("\n");
printf("Print Graph BFS: ");
BFS(G,3);
printf("\n");
}
执行顺序：
Input VertexNum(n) and EdgesNum(e): 8，9
Input Vertex string: 01234567
V6
V4

V5

V7

V2

V3

V1

V0
Vo

图G的示例

Input edges,Creat Adjacency List
0 1
0 2
1 3
1 4
2 5
2 6
3 7
4 7
5 6
Print Graph DFS: 02651473
Print Graph BFS: 37140265

一、 修改后的代码
1． 邻接矩阵作为存储结构的程序
#include"stdio.h"
#include"stdlib.h"
#define MaxVertexNum 100 //定义最大顶点数
typedef struct{
char vexs[MaxVertexNum]; //顶点表
int edges[MaxVertexNum][MaxVertexNum]; //邻接矩阵，可看作边表
int n,e; //图中的顶点数n和边数e
}MGraph; //用邻接矩阵表示的图的类型
//=========建立邻接矩阵=======
void CreatMGraph(MGraph *G)
{
int i,j,k;
char a;
printf("Input VertexNum(n) and EdgesNum(e): ");
scanf("%d,%d",&G->n,&G->e); //输入顶点数和边数
scanf("%c",&a);
printf("Input Vertex string:");
for(i=0;i<G->n;i++)
{
scanf("%c",&a);
G->vexs[i]=a; //读入顶点信息，建立顶点表
}
for(i=0;i<G->n;i++)
for(j=0;j<G->n;j++)
G->edges[i][j]=0; //初始化邻接矩阵
printf("Input edges,Creat Adjacency Matrix\n");
for(k=0;k<G->e;k++) { //读入e条边，建立邻接矩阵
scanf("%d%d",&i,&j); //输入边（Vi，Vj）的顶点序号
G->edges[i][j]=1;
G->edges[j][i]=1; //若为无向图，矩阵为对称矩阵；若建立有向图，去掉该条语句
}
}
//=========定义标志向量，为全局变量=======
typedef enum{FALSE,TRUE} Boolean;
Boolean visited[MaxVertexNum];
//========DFS：深度优先遍历的递归算法======
void DFSM(MGraph *G,int i)
{ //以Vi为出发点对邻接矩阵表示的图G进行DFS搜索，邻接矩阵是0，1矩阵
int j;
printf("%c",G->vexs[i]); //访问顶点Vi
visited[i]=TRUE; //置已访问标志
for(j=0;j<G->n;j++) //依次搜索Vi的邻接点
if(G->edges[i][j]==1 && ! visited[j])
DFSM(G,j); //（Vi，Vj）∈E，且Vj未访问过，故Vj为新出发点
}
void DFS(MGraph *G)
{
int i;
for(i=0;i<G->n;i++)
visited[i]=FALSE; //标志向量初始化
for(i=0;i<G->n;i++)
if(!visited[i]) //Vi未访问过
DFSM(G,i); //以Vi为源点开始DFS搜索
}
//===========BFS：广度优先遍历=======
void BFS(MGraph *G,int k)
{ //以Vk为源点对用邻接矩阵表示的图G进行广度优先搜索
int i,j,f=0,r=0;
int cq[MaxVertexNum]; //定义队列
for(i=0;i<G->n;i++)
visited[i]=FALSE; //标志向量初始化
for(i=0;i<G->n;i++)
cq[i]=-1; //队列初始化
printf("%c",G->vexs[k]); //访问源点Vk
visited[k]=TRUE;
cq[r]=k; //Vk已访问，将其入队。注意，实际上是将其序号入队
while(cq[f]!=-1) { //队非空则执行
i=cq[f]; f=f+1; //Vf出队
for(j=0;j<G->n;j++) //依次Vi的邻接点Vj
if(G->edges[i][j]==1 && !visited[j]) { //Vj未访问
printf("%c",G->vexs[j]); //访问Vj
visited[j]=TRUE; r=r+1; cq[r]=j; //访问过Vj入队
}
}
}
//==========main=====
void main()
{

MGraph *G;
G=(MGraph *)malloc(sizeof(MGraph)); //为图G申请内存空间
CreatMGraph(G); //建立邻接矩阵
printf("Print Graph DFS: ");
DFS(G); //深度优先遍历
printf("\n");
printf("Print Graph BFS: ");
BFS(G,3); //以序号为3的顶点开始广度优先遍历
printf("\n");
}
2． 邻接链表作为存储结构程序
#include"stdio.h"
#include"stdlib.h"
#define MaxVertexNum 50 //定义最大顶点数
typedef struct node{ //边表结点
int adjvex; //邻接点域
struct node *next; //链域
}EdgeNode;
typedef struct vnode{ //顶点表结点
char vertex; //顶点域
EdgeNode *firstedge; //边表头指针
}VertexNode;
typedef VertexNode AdjList[MaxVertexNum]; //AdjList是邻接表类型
typedef struct {
AdjList adjlist; //邻接表
int n,e; //图中当前顶点数和边数
} ALGraph; //图类型
//=========建立图的邻接表=======
void CreatALGraph(ALGraph *G)
{
int i,j,k;
char a;
EdgeNode *s; //定义边表结点
printf("Input VertexNum(n) and EdgesNum(e): ");
scanf("%d,%d",&G->n,&G->e); //读入顶点数和边数
scanf("%c",&a);
printf("Input Vertex string:");
for(i=0;i<G->n;i++) //建立边表
{
scanf("%c",&a);
G->adjlist[i].vertex=a; //读入顶点信息
G->adjlist[i].firstedge=NULL; //边表置为空表
}
printf("Input edges,Creat Adjacency List\n");
for(k=0;k<G->e;k++) { //建立边表
scanf("%d%d",&i,&j); //读入边（Vi，Vj）的顶点对序号
s=(EdgeNode *)malloc(sizeof(EdgeNode)); //生成边表结点
s->adjvex=j; //邻接点序号为j
s->next=G->adjlist[i].firstedge;
G->adjlist[i].firstedge=s; //将新结点*S插入顶点Vi的边表头部
s=(EdgeNode *)malloc(sizeof(EdgeNode));
s->adjvex=i; //邻接点序号为i
s->next=G->adjlist[j].firstedge;
G->adjlist[j].firstedge=s; //将新结点*S插入顶点Vj的边表头部
}
}
//=========定义标志向量，为全局变量=======
typedef enum{FALSE,TRUE} Boolean;
Boolean visited[MaxVertexNum];
//========DFS：深度优先遍历的递归算法======
void DFSM(ALGraph *G,int i)
{ //以Vi为出发点对邻接链表表示的图G进行DFS搜索
EdgeNode *p;
printf("%c",G->adjlist[i].vertex); //访问顶点Vi
visited[i]=TRUE; //标记Vi已访问
p=G->adjlist[i].firstedge; //取Vi边表的头指针
while(p) { //依次搜索Vi的邻接点Vj，这里j=p->adjvex
if(! visited[p->adjvex]) //若Vj尚未被访问
DFSM(G,p->adjvex); //则以Vj为出发点向纵深搜索
p=p->next; //找Vi的下一个邻接点
}
}
void DFS(ALGraph *G)
{
int i;
for(i=0;i<G->n;i++)
visited[i]=FALSE; //标志向量初始化
for(i=0;i<G->n;i++)
if(!visited[i]) //Vi未访问过 DFSM(G,i); //以Vi为源点开始DFS搜索
DFSM(G,i);
}
//==========BFS：广度优先遍历=========
void BFS(ALGraph *G,int k) { //以Vk为源点对用邻接链表表示的图G进行广度优先搜索
int i,f=0,r=0; EdgeNode *p; int cq[MaxVertexNum]; //定义FIFO队列 for(i=0;i<G->n;i++)
visited[i]=FALSE; //标志向量初始化
for(i=0;i<=G->n;i++)
cq[i]=-1; //初始化标志向量
printf("%c",G->adjlist[k].vertex); //访问源点Vk
visited[k]=TRUE;
cq[r]=k; //Vk已访问，将其入队。注意，实际上是将其序号入队
while(cq[f]!=-1) { //队列非空则执行
i=cq[f]; f=f+1; //Vi出队
p=G->adjlist[i].firstedge; //取Vi的边表头指针
while(p) { //依次搜索Vi的邻接点Vj（令p->adjvex=j）
if(!visited[p->adjvex]) { //若Vj未访问过
printf("%c",G->adjlist[p->adjvex].vertex); //访问Vj
visited[p->adjvex]=TRUE;
r=r+1; cq[r]=p->adjvex; //访问过的Vj入队
}
p=p->next; //找Vi的下一个邻接点
}