图是由若干给定的点及连接两点的线所构成的图形,图通常用来描述某些事物之间的某种特定关系,用点代表事物,用连接两点的线表示相应两个事物间具有这种关系。
子图:当图G'=(V',E')其中V‘包含于V,E’包含于E,则G'称作图G=(V,E)的子图。每个图都是本身的子图。
生成子图:指满足条件V(G') = V(G)的G的子图G。
度:一个顶点的度是指与该顶点相关联的边的条数,顶点v的度记作d(v)。
入度和出度:对于有向图来说,一个顶点的度可细分为入度和出度。一个顶点的入度是指与其关联的各边之中,以其为终点的边数;出度则是相对的概念,指以该顶点为起点的边数。
路径:从u到v的一条路径是指一个序列v0,e1,v1,e2,v2,...ek,vk,其中ei的顶点为vi及vi - 1,k称作路径的长度。如果它的起止顶点相同,该路径是“闭”的,反之,则称为“开”的。一条路径称为一简单路径(simple path),如果路径中除起始与终止顶点可以重合外,所有顶点两两不等。
行迹:如果路径P(u,v)中的边各不相同,则该路径称为u到v的一条行迹。
轨道:如果路径P(u,v)中的顶点各不相同,则该路径称为u到v的一条轨道。
闭的行迹称作回路,闭的轨称作圈。
一个不带权图中若两点不相邻,邻接矩阵相应位置为0,对带权图(网),相应位置为∞。一个图的邻接矩阵表示是唯一的,但其邻接表表示不唯一。在邻接表中,对图中每个顶点建立一个单链表(并按建立的次序编号),第i个单链表中的结点表示依附于顶点vi的边(对于有向图是以顶点vi为尾的弧)。每个结点由两个域组成:邻接点域,用以指示与vi邻接的点在图中的位置,链域用以指向依附于顶点vi的下一条边所对应的结点。如果用邻接表存放网(带权图)的信息,则还需要在结点中增加一个存放权值的域。每个顶点的单链表中结点的个数即为该顶点的出度(与该顶点连接的边的总数)。无论是存储图或网,都需要在每个单链表前设一表头结点,这些表头结点的第一个域data用于存放结点vi的编号i,第二个域firstarc用于指向链表中第一个结点。
在上面两个图结构中,一个是有向图,即每条边都有方向,另一个是无向图,即每条边都没有方向。
在有向图中,通常将边称作弧,含箭头的一端称为弧头,另一端称为弧尾,记作<vi,vj>,它表示从顶点vi到顶点vj有一条边。
若有向图中有n个顶点,则最多有n(n-1)条弧,我们又将具有n(n-1)条弧的有向图称作有向完全图。以顶点v为弧尾的弧的数目称作顶点v的出度,以顶点v为弧头的弧的数目称作顶点v的入度。在无向图中,边记作(vi,vj),它蕴涵着存在< vi,vj>和<vj,vi>两条弧。若无向图中有n个顶点,则最多有n(n-1)/2条弧,我们又将具有n(n-1)/2条弧的无向图称作无向完全图。与顶点v相关的边的条数称作顶点v的度。
最小生成树
在一个图中,每条边或弧可以拥有一个与之相关的数值,我们将它称为权。这些权可以具有一定的含义,比如,表示一个顶点到达另一个顶点的距离、所花费的时间、线路的造价等等。这种带权的图通常被称作网。
图或网的生成树不是唯一的,从不同的顶点出发可以生成不同的生成树,但n个结点的生成树一定有n-1条边
构造最小生成树的方法:最初生成树为空,即没有一个结点和一条边,首先选择一个顶点作为生成树的根,然后每次从不在生成树中的边中选择一条权值尽可能小的边,为了保证加入到生成树中的边不会造成回路,与该边邻接的两个顶点必须一个已经在生成树中,一个则不在生成树中,若网中有n个顶点(这里考虑的网是一个连通无向图),则按这种条件选择n-1边就可以得到这个网的最小生成树了。详细的过程可以描述为:设置2个集合,U集合中的元素是在生成树中的结点,V-U集合中的元素是不在生成树中的顶点。首先选择一个作为生成树根结点的顶点,并将它放入U集合,然后在那些一端顶点在U集合中,而另一端顶点在V-U集合中的边中找一条权最小的边,并把这条边和那个不在U集合中的顶点加入到生成树中,即输出这条边,然后将其顶点添加到U集合中,重复这个操作n-1次。
无向图的邻接矩阵
具有n个顶点的无向图也可以用一个n′n的方形矩阵表示。假设该矩阵的名称为M,则当(vi,vj)是该无向图中的一条边时,M[i,j]=M[j,i]=1;否则,M[i,j]=M[j,j]=0。第i个顶点的度为矩阵中第i 行中"1"的个数或第i列中"1"的个数。图中边的数目等于矩阵中"1"的个数的一半,这是因为每条边在矩阵中描述了两次。
最小生成树prim算法:
1).输入:一个加权连通图,其中顶点集合为V,边集合为E;
2).初始化:Vnew = {x},其中x为集合V中的任一节点(起始点),Enew = {},为空;
3).重复下列操作,直到Vnew = V:
a.在集合E中选取权值最小的边<u, v>,其中u为集合Vnew中的元素,而v不在Vnew集合当中,并且v∈V(如果存在有多条满足前述条件即具有相同权值的边,则可任意选取其中之一);
b.将v加入集合Vnew中,将<u, v>边加入集合Enew中;
4).输出:使用集合Vnew和Enew来描述所得到的最小生成树。