Add the Python codes for the chapter of Graph and Heap (#382)

codes/python/chapter_graph/graph_adjacency_matrix.py

@@ -0,0 +1,116 @@
+"""
+File: graph_adjacency_matrix.py
+Created Time: 2023-02-23
+Author: Krahets (krahets@163.com)
+"""
+
+import sys, os.path as osp
+sys.path.append(osp.dirname(osp.dirname(osp.abspath(__file__))))
+from include import *
+
+""" 基于邻接矩阵实现的无向图类 """
+class GraphAdjMat:
+    # 顶点列表，元素代表“顶点值”，索引代表“顶点索引”
+    vertices = []
+    # 邻接矩阵，行列索引对应“顶点索引”
+    adj_mat = []
+
+    """ 构造方法 """
+    def __init__(self, vertices, edges):
+        self.vertices = []
+        self.adj_mat = []
+        # 添加顶点
+        for val in vertices:
+            self.add_vertex(val)
+        # 添加边
+        # 请注意，edges 元素代表顶点索引，即对应 vertices 元素索引
+        for e in edges:
+            self.add_edge(e[0], e[1])
+
+    """ 获取顶点数量 """
+    def size(self):
+        return len(self.vertices)
+
+    """ 添加顶点 """
+    def add_vertex(self, val):
+        n = self.size()
+        # 向顶点列表中添加新顶点的值
+        self.vertices.append(val)
+        # 在邻接矩阵中添加一行
+        new_row = [0]*n
+        self.adj_mat.append(new_row)
+        # 在邻接矩阵中添加一列
+        for row in self.adj_mat:
+            row.append(0)
+
+
+    """ 删除顶点 """
+    def remove_vertex(self, index):
+        if index >= self.size():
+            raise IndexError()
+        # 在顶点列表中移除索引 index 的顶点
+        self.vertices.pop(index)
+        # 在邻接矩阵中删除索引 index 的行
+        self.adj_mat.pop(index)
+        # 在邻接矩阵中删除索引 index 的列
+        for row in self.adj_mat:
+            row.pop(index)
+
+    """ 添加边 """
+    # 参数 i, j 对应 vertices 元素索引
+    def add_edge(self, i, j):
+        # 索引越界与相等处理
+        if i < 0 or j < 0 or i >= self.size() or j >= self.size() or i == j:
+            raise IndexError()
+        # 在无向图中，邻接矩阵沿主对角线对称，即满足 (i, j) == (j, i)
+        self.adj_mat[i][j] = 1
+        self.adj_mat[j][i] = 1
+
+    """ 删除边 """
+    # 参数 i, j 对应 vertices 元素索引
+    def remove_edge(self, i, j):
+        # 索引越界与相等处理
+        if i < 0 or j < 0 or i >= self.size() or j >= self.size() or i == j:
+            raise IndexError()
+        self.adj_mat[i][j] = 0
+        self.adj_mat[j][i] = 0
+
+    # 打印邻接矩阵
+    def print(self):
+        print("顶点列表 =", self.vertices)
+        print("邻接矩阵 =")
+        print_matrix(self.adj_mat)
+
+
+""" Driver Code """
+if __name__ == "__main__":
+    """ 初始化无向图 """
+    # 请注意，edges 元素代表顶点索引，即对应 vertices 元素索引
+    vertices = [1, 3, 2, 5, 4]
+    edges = [[0, 1], [0, 3], [1, 2], [2, 3], [2, 4], [3, 4]]
+    graph = GraphAdjMat(vertices, edges)
+    print("\n初始化后，图为")
+    graph.print()
+
+    """ 添加边 """
+    # 顶点 1, 2 的索引分别为 0, 2
+    graph.add_edge(0, 2)
+    print("\n添加边 1-2 后，图为")
+    graph.print()
+
+    """ 删除边 """
+    # 顶点 1, 3 的索引分别为 0, 1
+    graph.remove_edge(0, 1)
+    print("\n删除边 1-3 后，图为")
+    graph.print()
+
+    """ 添加顶点 """
+    graph.add_vertex(6)
+    print("\n添加顶点 6 后，图为")
+    graph.print()
+
+    """ 删除顶点 """
+    # 顶点 3 的索引为 1
+    graph.remove_vertex(1)
+    print("\n删除顶点 3 后，图为")
+    graph.print()