数据结构图的全面解析

发布时间：2023-05-17

一、数据结构图的定义

数据结构图是数据结构中的一种，用于表示离散对象的集合，由顶点和边组成。 其中，顶点代表了对象，边代表了对象之间的关系。通常情况下，可以用一个V-E的有序对来表示数据结构图，其中V表示顶点的集合，E表示边的集合。 数据结构图可以用于描述现实生活中的各种场景，如社交网络中的用户关系、电路图中各模块之间的连接关系等。

二、数据结构图的建立

构建一个数据结构图需要以下步骤：

  1. 确定顶点：根据场景，确定需要表示的对象，并将其抽象成为顶点。
  2. 确定边：根据场景，确定对象之间的关系，并将其表示成为边。可以用有向边或无向边表示不同的关系。
  3. 绘制数据结构图：根据确定的顶点和边，用图形化的方式绘制出数据结构图。

三、数据结构图的遍历

数据结构图的遍历是指按照某种规则遍历数据结构图中的所有顶点。 常用的遍历方法有深度优先遍历和广度优先遍历。 深度优先遍历是从某个特定的顶点开始，不断沿着一条路径遍历到底，直到不能再继续为止。然后返回到上一个顶点，从它开始继续遍历。 广度优先遍历则是从某个特定的顶点开始，先遍历和它相邻的所有顶点，然后再遍历这些顶点相邻的所有顶点，直到遍历完所有顶点为止。 下面是深度优先遍历和广度优先遍历的代码实现：

void DFS(int v)
{
    visited[v] = true;
    printf("%d ", v);
    for (int i = 0; i < adj[v].size(); ++i)
    {
        int u = adj[v][i];
        if (!visited[u])
            DFS(u);
    }
}
void BFS(int v)
{
    queue<int> q;
    q.push(v);
    visited[v] = true;
    while (!q.empty())
    {
        int f = q.front();
        q.pop();
        printf("%d ", f);
        for (int i = 0; i < adj[f].size(); ++i)
        {
            int u = adj[f][i];
            if (!visited[u])
            {
                visited[u] = true;
                q.push(u);
            }
        }
    }
}

四、数据结构图的示表示

数据结构图可以用多种方式进行表示，如邻接矩阵、邻接表等。 邻接矩阵是用一个二维数组来表示顶点之间的关系，数组的值表示边的权值或存在性。 邻接表则是用一个数组和链表的方式来表示顶点之间的关系，数组存储顶点的信息，链表存储和该顶点相邻的所有顶点。 下面是邻接表的代码实现：

vector<int> adj[MAXV];
void addEdge(int u, int v)
{
    adj[u].push_back(v);
    adj[v].push_back(u);
}

五、数据结构图的顶点

数据结构图中的顶点包含若干属性，如编号、权值等。可以用结构体或类来表示。 下面是用结构体表示顶点的代码：

struct Vertex
{
    int index;  // 顶点的编号
    int value;  // 顶点的权值
};
vector<Vertex> adj[MAXV];

六、数据结构图的应用

数据结构图可以应用于各种场景，如：

  • 社交网络中的用户关系
  • 电路图中各模块之间的连接关系
  • 路由器之间的连接关系
  • 城市交通路线图
  • 网页之间的超链接关系 下面是一个应用数据结构图求最短路径的例子：
vector<pair<int, int> > adj[MAXV];
int dijkstra(int s, int t)
{
    priority_queue<pair<int, int> > pq;
    pq.push(make_pair(0, s));
    memset(d, INF, sizeof(d));
    d[s] = 0;
    while (!pq.empty())
    {
        int u = pq.top().second;
        int dist = -pq.top().first;
        pq.pop();
        if (u == t)
            return dist;
        if (dist > d[u])
            continue;
        for (int i = 0; i < adj[u].size(); ++i)
        {
            int v = adj[u][i].first;
            int w = adj[u][i].second;
            if (d[v] > dist + w)
            {
                d[v] = dist + w;
                pq.push(make_pair(-d[v], v));
            }
        }
    }
    return -1;
}

七、数据结构图的实验报告

首先，我们对图进行建立。我们构造一个包含5个顶点和6条边的图。

// 建立数据结构图
vector<int> adj[MAXV];  // 邻接表
addEdge(1, 2);
addEdge(1, 3);
addEdge(2, 3);
addEdge(2, 4);
addEdge(3, 4);
addEdge(4, 5);

然后，我们对图进行深度优先遍历。

// 深度优先遍历
bool visited[MAXV];  // 标记是否被访问过
memset(visited, false, sizeof(visited));
DFS(1);

最后，我们对图进行广度优先遍历，并计算从1号顶点到其他顶点的最短路径。

// 广度优先遍历和最短路径
queue<int> q;
memset(visited, false, sizeof(visited));
q.push(1);
visited[1] = true;
while (!q.empty())
{
    int u = q.front();
    q.pop();
    cout << u << " ";
    for (int i = 0; i < adj[u].size(); ++i)
    {
        int v = adj[u][i];
        if (!visited[v])
        {
            visited[v] = true;
            q.push(v);
            d[v] = d[u] + 1;  // 计算最短路径
        }
    }
}
cout << endl;
cout << "Shortest path from 1 to 5 = " << d[5] << endl;

八、数据结构知识点总结

通过对数据结构图的全面解析，我们可以总结出以下知识点：

  • 数据结构图是用于表示离散对象的集合，由顶点和边组成
  • 用邻接矩阵和邻接表可以表示数据结构图
  • 深度优先遍历和广度优先遍历是数据结构图的两种常用遍历方法
  • 使用结构体或类可以表示数据结构图中的顶点
  • 数据结构图可以应用于各种场景，如社交网络、电路图、路由器之间的连接关系等
  • 通过数据结构图可以求出最短路径等重要问题 掌握这些知识点，可以为我们在实际工作中应用数据结构图提供帮助。
推荐文章