feat: add dart code for chapter_graph (#498)

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liuyuxin
2023-05-18 19:04:39 +08:00
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@@ -0,0 +1,124 @@
/**
* File: graph_adjacency_list.dart
* Created Time: 2023-05-15
* Author: liuyuxin (gvenusleo@gmail.com)
*/
import '../utils/vertex.dart';
/* 基于邻接表实现的无向图类 */
class GraphAdjList {
// 邻接表key: 顶点value该顶点的所有邻接顶点
Map<Vertex, List<Vertex>> adjList = {};
/* 构造方法 */
GraphAdjList(List<List<Vertex>> edges) {
for (List<Vertex> edge in edges) {
addVertex(edge[0]);
addVertex(edge[1]);
addEdge(edge[0], edge[1]);
}
}
/* 获取顶点数量 */
int size() {
return adjList.length;
}
/* 添加边 */
void addEdge(Vertex vet1, Vertex vet2) {
if (!adjList.containsKey(vet1) ||
!adjList.containsKey(vet2) ||
vet1 == vet2) {
throw ArgumentError;
}
// 添加边 vet1 - vet2
adjList[vet1]!.add(vet2);
adjList[vet2]!.add(vet1);
}
/* 删除边 */
void removeEdge(Vertex vet1, Vertex vet2) {
if (!adjList.containsKey(vet1) ||
!adjList.containsKey(vet2) ||
vet1 == vet2) {
throw ArgumentError;
}
// 删除边 vet1 - vet2
adjList[vet1]!.remove(vet2);
adjList[vet2]!.remove(vet1);
}
/* 添加顶点 */
void addVertex(Vertex vet) {
if (adjList.containsKey(vet)) return;
// 在邻接表中添加一个新链表
adjList[vet] = [];
}
/* 删除顶点 */
void removeVertex(Vertex vet) {
if (!adjList.containsKey(vet)) {
throw ArgumentError;
}
// 在邻接表中删除顶点 vet 对应的链表
adjList.remove(vet);
// 遍历其他顶点的链表,删除所有包含 vet 的边
adjList.forEach((key, value) {
value.remove(vet);
});
}
/* 打印邻接表 */
void printAdjList() {
print("邻接表 =");
adjList.forEach((key, value) {
List<int> tmp = [];
for (Vertex vertex in value) {
tmp.add(vertex.val);
}
print("${key.val}: $tmp,");
});
}
}
/* Driver Code */
void main() {
/* 初始化无向图 */
List<Vertex> v = Vertex.valsToVets([1, 3, 2, 5, 4]);
List<List<Vertex>> edges = [
[v[0], v[1]],
[v[0], v[3]],
[v[1], v[2]],
[v[2], v[3]],
[v[2], v[4]],
[v[3], v[4]],
];
GraphAdjList graph = GraphAdjList(edges);
print("\n初始化后,图为");
graph.printAdjList();
/* 添加边 */
// 顶点 1, 2 即 v[0], v[2]
graph.addEdge(v[0], v[2]);
print("\n添加边 1-2 后,图为");
graph.printAdjList();
/* 删除边 */
// 顶点 1, 3 即 v[0], v[1]
graph.removeEdge(v[0], v[1]);
print("\n删除边 1-3 后,图为");
graph.printAdjList();
/* 添加顶点 */
Vertex v5 = Vertex(6);
graph.addVertex(v5);
print("\n添加顶点 6 后,图为");
graph.printAdjList();
/* 删除顶点 */
// 顶点 3 即 v[1]
graph.removeVertex(v[1]);
print("\n删除顶点 3 后,图为");
graph.printAdjList();
}

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@@ -0,0 +1,134 @@
/**
* File: graph_adjacency_matrix.dart
* Created Time: 2023-05-15
* Author: liuyuxin (gvenusleo@gmail.com)
*/
import '../utils/print_util.dart';
/* 基于邻接矩阵实现的无向图类 */
class GraphAdjMat {
List<int> vertices = []; // 顶点元素,元素代表“顶点值”,索引代表“顶点索引”
List<List<int>> adjMat = []; //邻接矩阵,行列索引对应“顶点索引”
/* 构造方法 */
GraphAdjMat(List<int> vertices, List<List<int>> edges) {
this.vertices = [];
this.adjMat = [];
// 添加顶点
for (int val in vertices) {
addVertex(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 (List<int> e in edges) {
addEdge(e[0], e[1]);
}
}
/* 获取顶点数量 */
int size() {
return vertices.length;
}
/* 添加顶点 */
void addVertex(int val) {
int n = size();
// 向顶点列表中添加新顶点的值
vertices.add(val);
// 在邻接矩阵中添加一行
List<int> newRow = List.filled(n, 0, growable: true);
adjMat.add(newRow);
// 在邻接矩阵中添加一列
for (List<int> row in adjMat) {
row.add(0);
}
}
/* 删除顶点 */
void removeVertex(int index) {
if (index >= size()) {
throw IndexError;
}
// 在顶点列表中移除索引 index 的顶点
vertices.removeAt(index);
// 在邻接矩阵中删除索引 index 的行
adjMat.removeAt(index);
// 在邻接矩阵中删除索引 index 的列
for (List<int> row in adjMat) {
row.removeAt(index);
}
}
/* 添加边 */
// 参数 i, j 对应 vertices 元素索引
void addEdge(int i, int j) {
// 索引越界与相等处理
if (i < 0 || j < 0 || i >= size() || j >= size() || i == j) {
throw IndexError;
}
// 在无向图中,邻接矩阵沿主对角线对称,即满足 (i, j) == (j, i)
adjMat[i][j] = 1;
adjMat[j][i] = 1;
}
/* 删除边 */
// 参数 i, j 对应 vertices 元素索引
void removeEdge(int i, int j) {
// 索引越界与相等处理
if (i < 0 || j < 0 || i >= size() || j >= size() || i == j) {
throw IndexError;
}
adjMat[i][j] = 0;
adjMat[j][i] = 0;
}
/* 打印邻接矩阵 */
void printAdjMat() {
print("顶点列表 = ");
print(vertices);
print("邻接矩阵 = ");
printMatrix(adjMat);
}
}
/* Driver Code */
void 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
List<int> vertices = [1, 3, 2, 5, 4];
List<List<int>> edges = [
[0, 1],
[0, 3],
[1, 2],
[2, 3],
[2, 4],
[3, 4],
];
GraphAdjMat graph = GraphAdjMat(vertices, edges);
print("\n初始化后,图为");
graph.printAdjMat();
/* 添加边 */
// 顶点 1, 2 的索引分别为 0, 2
graph.addEdge(0, 2);
print("\n添加边 1-2 后,图为");
graph.printAdjMat();
/* 删除边 */
// 顶点 1, 3 的索引分别为 0, 1
graph.removeEdge(0, 1);
print("\n删除边 1-3 后,图为");
graph.printAdjMat();
/* 添加顶点 */
graph.addVertex(6);
print("\n添加顶点 6 后,图为");
graph.printAdjMat();
/* 删除顶点 */
// 顶点 3 的索引为 1
graph.removeVertex(1);
print("\n删除顶点 3 后,图为");
graph.printAdjMat();
}

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@@ -0,0 +1,66 @@
/**
* File: graph_bfs.dart
* Created Time: 2023-05-15
* Author: liuyuxin (gvenusleo@gmail.com)
*/
import 'dart:collection';
import '../utils/vertex.dart';
import 'graph_adjacency_list.dart';
/* 广度优先遍历 BFS */
List<Vertex> graphBFS(GraphAdjList graph, Vertex startVet) {
// 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
// 顶点遍历序列
List<Vertex> res = [];
// 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
Set<Vertex> visited = {};
visited.add(startVet);
// 队列用于实现 BFS
Queue<Vertex> que = Queue();
que.add(startVet);
// 以顶点 vet 为起点,循环直至访问完所有顶点
while (que.isNotEmpty) {
Vertex vet = que.removeFirst(); // 队首顶点出队
res.add(vet); // 记录访问顶点
// 遍历该顶点的所有邻接顶点
for (Vertex adjVet in graph.adjList[vet]!) {
if (visited.contains(adjVet)) {
continue; // 跳过已被访问过的顶点
}
que.add(adjVet); // 只入队未访问的顶点
visited.add(adjVet); // 标记该顶点已被访问
}
}
// 返回顶点遍历序列
return res;
}
/* Dirver Code */
void main() {
/* 初始化无向图 */
List<Vertex> v = Vertex.valsToVets([0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]);
List<List<Vertex>> edges = [
[v[0], v[1]],
[v[0], v[3]],
[v[1], v[2]],
[v[1], v[4]],
[v[2], v[5]],
[v[3], v[4]],
[v[3], v[6]],
[v[4], v[5]],
[v[4], v[7]],
[v[5], v[8]],
[v[6], v[7]],
[v[7], v[8]],
];
GraphAdjList graph = GraphAdjList(edges);
print("\n初始化后,图为");
graph.printAdjList();
/* 广度优先遍历 BFS */
List<Vertex> res = graphBFS(graph, v[0]);
print("\n广度优先遍历BFS顶点序列为");
print(Vertex.vetsToVals(res));
}

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@@ -0,0 +1,59 @@
/**
* File: graph_dfs.dart
* Created Time: 2023-05-15
* Author: liuyuxin (gvenusleo@gmail.com)
*/
import '../utils/vertex.dart';
import 'graph_adjacency_list.dart';
/* 深度优先遍历 DFS 辅助函数 */
void dfs(
GraphAdjList graph,
Set<Vertex> visited,
List<Vertex> res,
Vertex vet,
) {
res.add(vet); // 记录访问顶点
visited.add(vet); // 标记该顶点已被访问
// 遍历该顶点的所有邻接顶点
for (Vertex adjVet in graph.adjList[vet]!) {
if (visited.contains(adjVet)) {
continue; // 跳过已被访问过的顶点
}
// 递归访问邻接顶点
dfs(graph, visited, res, adjVet);
}
}
/* 深度优先遍历 DFS */
List<Vertex> graphDFS(GraphAdjList graph, Vertex startVet) {
// 顶点遍历序列
List<Vertex> res = [];
// 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
Set<Vertex> visited = {};
dfs(graph, visited, res, startVet);
return res;
}
/* Driver Code */
void main() {
/* 初始化无向图 */
List<Vertex> v = Vertex.valsToVets([0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]);
List<List<Vertex>> edges = [
[v[0], v[1]],
[v[0], v[3]],
[v[1], v[2]],
[v[2], v[5]],
[v[4], v[5]],
[v[5], v[6]],
];
GraphAdjList graph = GraphAdjList(edges);
print("\n初始化后,图为");
graph.printAdjList();
/* 深度优先遍历 DFS */
List<Vertex> res = graphDFS(graph, v[0]);
print("\n深度优先遍历DFS顶点序列为");
print(Vertex.vetsToVals(res));
}

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@@ -16,6 +16,14 @@ class Trunk {
Trunk(this.prev, this.str);
}
void printMatrix(List<List<int>> matrix) {
print("[");
for (List<int> row in matrix) {
print(" $row,");
}
print("]");
}
void printLinkedList(ListNode? head) {
List<String> list = [];

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@@ -0,0 +1,29 @@
/**
* File: Vertex.dart
* Created Time: 2023-05-15
* Author: liuyuxin (gvenusleo@gmail.com)
*/
/* 顶点类 */
class Vertex {
int val;
Vertex(this.val);
/* 输入值列表 vals ,返回顶点列表 vets */
static List<Vertex> valsToVets(List<int> vals) {
List<Vertex> vets = [];
for (int i in vals) {
vets.add(Vertex(i));
}
return vets;
}
/* 输入顶点列表 vets ,返回值列表 vals */
static List<int> vetsToVals(List<Vertex> vets) {
List<int> vals = [];
for (Vertex vet in vets) {
vals.add(vet.val);
}
return vals;
}
}