基于相邻矩阵实现图的ADT

相邻矩阵表示法：

　（1）也也称邻接矩阵或二维数组表示发

　（2）图的顶点元素是一个|V|的顺序表

　（3）如果从vi到vj存在一条边，则第i行的第j个元素做标记，否则不做标记

　（4）如果矩阵中的元素要存储边的权值，则矩阵中每个元素必须足够大（存储权值），或者存储一个指向权值存储位置的指针

　　　

相邻矩阵特点分析：

　　（1）可以用于存储无向图或者有向图

　　（2）相邻矩阵需要存储所有可能的边，不管这条边是否实际存在

　　（3）没有结构性开销，但是存在空间浪费

　　（4）相邻矩阵的空间代价只与顶点的个数有关，为O(|V|^2)，图越密集，其空间效率就越高

　　（5）基于相邻矩阵的图算法，必须查看它的所有可能的边，导致总的时间代价为O(|V|^2)，所以相邻矩阵适合密集图的存储

图的ADT：

图的基本操作：

　　（1）结构操作/销毁型操作

　　（2）引用型操作：

　　　　　　获取图顶点或边，查找

　　（3）加工型操作：

　　　　　　插入，删除图顶点或边

图ADT代码：Graph.hpp

#ifndef _GRAPH_HPP_
#define _GRAPH_HPP_
#define VertexType int 
class Graph{
    public:
        virtual int n()=0;
        virtual int e()=0;
        virtual int first(int )=0;
        virtual int next(int,int)=0;
        virtual void putVex(int v,VertexType value)=0;
        virtual int locateVex(VertexType u)=0;
        virtual VertexType getVex(int v)=0;
        virtual void setEdge(int v1,int v2,int value)=0;
        virtual void deleteEdge(int,int)=0;
        virtual void setMark(int v,int value)=0;
        virtual int getMark(int v)=0;
        virtual int getEdge(int,int )=0;
};
#endif

图ADT的物理实现-相邻矩阵

声明：Graphm.hpp

#ifndef _GRAPHM_HPP_
#define _GRAPHM_HPP_
#define VertexType int
#define MAX_VERTEX_NUM 10000
#include "Graph.hpp"
class Graphm:public Graph{
    private:
        int numVertex,numEdge;
        int **matrix;
        int *mark;
        VertexType vexs[MAX_VERTEX_NUM];
    public:
        Graphm();
        Graphm(int n);
        int n();
        int e();
        int first(int );
        int next(int,int);
        void putVex(int v,VertexType value);
        int locateVex(VertexType u);
        VertexType getVex(int v);
        void setEdge(int v1,int v2,int value);
        void deleteEdge(int ,int );
        void setMark(int v,int value);
        int getMark(int v);
        int getEdge(int ,int);
};
#endif

实现：Graphm.cpp

#define VertexType int
#include "Graphm.hpp"
#include <iostream>
Graphm::Graphm(){}
Graphm::Graphm(int n){
    numVertex=n;
    numEdge=0;
    matrix=new int*[numVertex];
    for(int i=0;i<numVertex;i++){
        matrix[i]=new int[numVertex];
    }
    for(int i=0;i<numVertex;i++)
            for(int j=0;j<numVertex;j++)
                    matrix[i][j]=0;
    mark=new int[numVertex];
    for(int i=0;i<numVertex;i++)mark[i]=0;
}
int Graphm::n(){
    return numVertex;
}
int Graphm::e(){
    return numEdge;
}
int Graphm::first(int v1){
    int i;
    for( i=0;i<numVertex;i++){
        if(matrix[v1][i]!=0)
            return i;
    }
    return i;
}
int Graphm::next(int v1,int v2){
    int i;
    for(i=v2+1;i<numVertex;i++){
        if(matrix[v1][i]!=0)return i;
    }
    return i;
}
void Graphm::putVex(int v,VertexType value){
    vexs[v]=value;
}
int Graphm::locateVex(VertexType u){
    for(int i=0;i<numVertex;i++){
        if(u==vexs[i])return i;
    }
    return -1;
}
VertexType Graphm::getVex(int v){
    return vexs[v];
}
void Graphm::setEdge(int v1,int v2,int value){
    if(matrix[v1][v2]==0)numEdge++;    
    matrix[v1][v2]=value;
}
void Graphm::deleteEdge(int v1,int v2){
    if(matrix[v1][v2]==0)numEdge--;
    matrix[v1][v2]=0;
}
void Graphm::setMark(int v,int value){
    mark[v]=value;
}
int Graphm::getMark(int v){
    if(v>=numVertex)return -1;
    return mark[v];
}
int Graphm::getEdge(int v1,int v2){
    return matrix[v1][v2];
}

demo程序：main.cpp

#include"Graphm.cpp"
#include"Graphm.hpp"
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stack>
#include <queue>
using namespace std;
int V,E;
//深度优先搜索递归版
void DFS1(Graphm *g,int v1){
    printf("%d ",v1+1);
    g->setMark(v1,1);
    for(int w=g->first(v1);w<g->n();w=g->next(v1,w)){
        if(g->getMark(w)==0)DFS1(g,w);
    }
}
//深度优先搜索非递归版
void DFS2(Graphm *g,int v1){
    stack<int> s;
    s.push(v1);
    g->setMark(v1,1);
    while(s.empty()!=1){
        int temp=s.top();
        cout<<temp+1<<" ";
        s.pop();
        for(int i=g->n()-1;i>=0;i--){
            if(g->getMark(i)==0&&g->getEdge(temp,i)!=0){
                    s.push(i);
                    g->setMark(i,1);
            }
        }
    }
}
//广度优先搜索
void BFS(Graphm *g,int v1){
    queue<int>q;
    q.push(v1);
    g->setMark(v1,1);
    cout<<v1+1<<" ";
    while(q.empty()!=1){
        int temp=q.front();
        q.pop();
        for(int i=0;i<g->n();i++){
            if(g->getMark(i)==0&&g->getEdge(temp,i)!=0){
                q.push(i);
                g->setMark(i,1);
                cout<<i+1<<" ";
            }
        }
    }
}
void print(Graphm &g){
    for(int i=0;i<g.n();i++){
        for(int j=0;j<g.n();j++){
            cout<<g.getEdge(i,j)<<" ";
        }
        cout<<endl;
    }
    cout<<endl;
}
int main(){
    scanf("%d%d",&V,&E);
    Graphm G(V);
//    cout<<G.n()<<" "<<G.e()<<endl;
    while(E--){
        int v1,v2;
        scanf("%d%d",&v1,&v2);
        G.setEdge(v1-1,v2-1,1);
//        cout<<G.e()<<endl;
    }
    print(G);
    for(int i=0;i<G.n();i++){
        if(G.getMark(i)==0)
            DFS1(&G,i);
            cout<<endl;
            DFS2(&G,i);
            cout<<endl;
            BFS(&G,i);
            cout<<endl;
    }
    return 0;
}