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# 9.1. 图
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# 图
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「图 Graph」是一种非线性数据结构,由「顶点 Vertex」和「边 Edge」组成。我们可将图 $G$ 抽象地表示为一组顶点 $V$ 和一组边 $E$ 的集合。例如,以下表示一个包含 5 个顶点和 7 条边的图
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@@ -18,7 +18,7 @@ $$
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那么,图与其他数据结构的关系是什么?如果我们把「顶点」看作结点,把「边」看作连接各个结点的指针,则可将「图」看成一种从「链表」拓展而来的数据结构。**相比线性关系(链表)和分治关系(树),网络关系(图)的自由度更高,也从而更为复杂**。
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## 9.1.1. 图常见类型
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## 图常见类型
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根据边是否有方向,分为「无向图 Undirected Graph」和「有向图 Directed Graph」。
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@@ -38,13 +38,13 @@ $$
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## 9.1.2. 图常用术语
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## 图常用术语
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- 「邻接 Adjacency」:当两顶点之间有边相连时,称此两顶点“邻接”。
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- 「路径 Path」:从顶点 A 到顶点 B 走过的边构成的序列,被称为从 A 到 B 的“路径”。
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- 「度 Degree」表示一个顶点具有多少条边。对于有向图,「入度 In-Degree」表示有多少条边指向该顶点,「出度 Out-Degree」表示有多少条边从该顶点指出。
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## 9.1.3. 图的表示
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## 图的表示
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图的常用表示方法有「邻接矩阵」和「邻接表」。以下使用「无向图」来举例。
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观察上图发现,**邻接表结构与哈希表「链地址法」非常相似,因此我们也可以用类似方法来优化效率**。比如,当链表较长时,可以把链表转化为「AVL 树」,从而将时间效率从 $O(n)$ 优化至 $O(\log n)$ ,还可以通过中序遍历获取有序序列;还可以将链表转化为 HashSet(即哈希表),将时间复杂度降低至 $O(1)$ ,。
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## 9.1.4. 图常见应用
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## 图常见应用
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现实中的许多系统都可以使用图来建模,对应的待求解问题也可以被约化为图计算问题。
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# 9.2. 图基础操作
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# 图基础操作
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图的基础操作分为对「边」的操作和对「顶点」的操作,在「邻接矩阵」和「邻接表」这两种表示下的实现方式不同。
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## 9.2.1. 基于邻接矩阵的实现
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## 基于邻接矩阵的实现
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设图的顶点总数为 $n$ ,则有:
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@@ -92,7 +92,7 @@ comments: true
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## 9.2.2. 基于邻接表的实现
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## 基于邻接表的实现
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设图的顶点总数为 $n$ 、边总数为 $m$ ,则有:
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@@ -183,7 +183,7 @@ comments: true
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[class]{GraphAdjList}-[func]{}
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```
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## 9.2.3. 效率对比
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## 效率对比
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设图中共有 $n$ 个顶点和 $m$ 条边,下表为邻接矩阵和邻接表的时间和空间效率对比。
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# 9.3. 图的遍历
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# 图的遍历
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!!! note "图与树的关系"
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@@ -12,7 +12,7 @@ comments: true
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类似地,图的遍历方式也分为两种,即「广度优先遍历 Breadth-First Traversal」和「深度优先遍历 Depth-First Travsersal」,也称「广度优先搜索 Breadth-First Search」和「深度优先搜索 Depth-First Search」,简称为 BFS 和 DFS 。
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## 9.3.1. 广度优先遍历
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## 广度优先遍历
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**广度优先遍历优是一种由近及远的遍历方式,从距离最近的顶点开始访问,并一层层向外扩张**。具体地,从某个顶点出发,先遍历该顶点的所有邻接顶点,随后遍历下个顶点的所有邻接顶点,以此类推……
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@@ -133,7 +133,7 @@ BFS 常借助「队列」来实现。队列具有“先入先出”的性质,
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**空间复杂度:** 列表 `res` ,哈希表 `visited` ,队列 `que` 中的顶点数量最多为 $|V|$ ,使用 $O(|V|)$ 空间。
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## 9.3.2. 深度优先遍历
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## 深度优先遍历
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**深度优先遍历是一种优先走到底、无路可走再回头的遍历方式**。具体地,从某个顶点出发,不断地访问当前结点的某个邻接顶点,直到走到尽头时回溯,再继续走到底 + 回溯,以此类推……直至所有顶点遍历完成时结束。
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