數據結構之---C語言實現圖的鄰接表存儲表示

// 圖的數組（鄰接矩陣)存儲表示 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define MAX_NAME 3					// 頂點字符串的最大長度+1 
#define MAX_VERTEX_NUM 20
typedef int InfoType;				// 存放網的權值 
typedef char VertexType[MAX_NAME];	// 字符串類型 
typedef enum{DG, DN, AG, AN}GraphKind; // {有向圖,有向網,無向圖,無向網} 
int visited[MAX_VERTEX_NUM];	// 訪問標志數組
void(*VisitFunc)(char* v);		// 函數變量

typedef struct ArcNode
{
	int adjvex;					// 該弧所指向的頂點的位置 
	struct ArcNode *nextarc;	// 指向下一條弧的指針 
	InfoType *info;				// 網的權值指針
}ArcNode;						// 表結點 

typedef struct VNode
{
	VertexType data;			// 頂點信息 
	ArcNode *firstarc;			// 第一個表結點的地址,指向第一條依附該頂點的弧的指針 
 }VNode, AdjList[MAX_VERTEX_NUM];// 頭結點 

typedef struct
{
	AdjList vertices;
	int vexnum, arcnum;	// 圖的當前頂點數和弧數 
	int kind;			// 圖的種類標志 
}ALGraph;

typedef int QElemType; // 隊列類型 

//單鏈隊列－－隊列的鏈式存儲結構 
typedef struct QNode
{
	QElemType data;		//數據域
	struct QNode *next;	//指針域
}QNode, *QueuePtr;

typedef struct
{
	QueuePtr front,	rear; //隊頭指針。指針域指向隊頭元素 隊尾指針。指向隊尾元素
}LinkQueue;

//定位功能
// 若G中存在頂點u,則返回該頂點在圖中位置;否則返回-1。
 
int LocateVex(ALGraph G,VertexType u)
{
	int i;
	for(i=0;i<G.vexnum;++i)
		if(strcmp(u,G.vertices[i].data)==0)
			return i;
	return -1;
}

//創建圖
// 採用鄰接表存儲結構,構造沒有相關信息的圖G(用一個函數構造4種圖)。
int CreateGraph(ALGraph *G)
{
	int i,j,k;
	int w;		// 權值 
	VertexType va,vb;
	ArcNode *p;
	printf("請輸入圖的類型(有向圖:0, 有向網:1, 無向圖:2, 無向網:3): \n");
	scanf("%d", &(*G).kind);
	printf("請輸入圖的頂點數和邊數:（空格）\n");
	scanf("%d%d", &(*G).vexnum, &(*G).arcnum);
	printf("請輸入%d個頂點的值(<%d個字符):\n",(*G).vexnum,MAX_NAME);
	for(i = 0; i < (*G).vexnum; ++i)						// 構造頂點向量 
	{
		scanf("%s", (*G).vertices[i].data);
		(*G).vertices[i].firstarc = NULL;
	}
	if((*G).kind == 1 || (*G).kind == 3) 				// 網 
		printf("請順序輸入每條弧(邊)的權值、弧尾和弧頭(以空格作為間隔):\n");
	else 											// 圖 
		printf("請順序輸入每條弧(邊)的弧尾和弧頭(以空格作為間隔):\n");
	for(k = 0;k < (*G).arcnum; ++k)				// 構造表結點鏈表 
	{
		if((*G).kind==1||(*G).kind==3) 				// 網 
			scanf("%d%s%s",&w,va,vb);
		else										// 圖 
			scanf("%s%s",va,vb);
		i = LocateVex(*G,va); 						// 弧尾 
		j = LocateVex(*G,vb); 						// 弧頭 
		p = (ArcNode*)malloc(sizeof(ArcNode));
		p->adjvex = j;
		if((*G).kind == 1 || (*G).kind == 3) 			// 網 
		{
			p->info = (int *)malloc(sizeof(int));
			*(p->info) = w;
		}
		else
			p->info = NULL; // 圖 
		p->nextarc = (*G).vertices[i].firstarc; // 插在表頭 
		(*G).vertices[i].firstarc = p;
		if((*G).kind >= 2) // 無向圖或網,產生第二個表結點 
		{
			p = (ArcNode*)malloc(sizeof(ArcNode));
			p->adjvex = i;
			if((*G).kind == 3) // 無向網 
			{
				p->info = (int*)malloc(sizeof(int));
				*(p->info) = w;
			}
			else
				p->info = NULL; // 無向圖 
			p->nextarc = (*G).vertices[j].firstarc; // 插在表頭 
			(*G).vertices[j].firstarc = p;
		}
	}
	return 1;
}

// 銷毀圖G
void DestroyGraph(ALGraph *G)
{
	int i;
	ArcNode *p,*q;
	for(i = 0;i < (*G).vexnum; ++i)
	{
		p = (*G).vertices[i].firstarc;
		while(p)
		{
			q = p->nextarc;
			if((*G).kind%2) // 網 
				free(p->info);
			free(p);
			p=q;
		}
	}
	(*G).vexnum=0;
	(*G).arcnum=0;
 }

// 返回v的值。

VertexType* GetVex(ALGraph G, int v)
{
	if(v>=G.vexnum||v<0)
		exit(0);
	return &G.vertices[v].data;
}

// 對v賦新值value。
int PutVex(ALGraph *G,VertexType v,VertexType value)
{
	int i;
	i=LocateVex(*G,v);
	if(i > -1) // v是G的頂點 
	{
		strcpy((*G).vertices[i].data,value);
		return 1;
	}
	return 0;
}

// 返回v的第一個鄰接頂點的序號。若頂點在G中沒有鄰接頂點,則返回-1。
int FirstAdjVex(ALGraph G,VertexType v)
{
	ArcNode *p;
	int v1;
	
	v1 = LocateVex(G,v); // v1為頂點v在圖G中的序號 
	p = G.vertices[v1].firstarc;
	if(p)
		return p->adjvex;
	else
		return -1;
}

// 返回v的(相對於w的)下一個鄰接頂點的序號。若w是v的最后一個
// 鄰接點,	則返回-1。
int NextAdjVex(ALGraph G,VertexType v,VertexType w)
{
	ArcNode *p;
	int v1,w1;
	
	v1 = LocateVex(G,v); // v1為頂點v在圖G中的序號 
	w1 = LocateVex(G,w); // w1為頂點w在圖G中的序號 
	p = G.vertices[v1].firstarc;
	while(p&&p->adjvex != w1) // 指針p不空且所指表結點不是w 
		p = p->nextarc;
	if(!p||!p->nextarc) // 沒找到w或w是最后一個鄰接點 
		return -1;
	else // p->adjvex==w 
		// 返回v的(相對於w的)下一個鄰接頂點的序號 
		return p->nextarc->adjvex;
}

// 在圖G中增添新頂點v(不增添與頂點相關的弧,留待InsertArc()去做)。
void InsertVex(ALGraph *G,VertexType v)
{   
	strcpy((*G).vertices[(*G).vexnum].data,v); // 構造新頂點向量 
	(*G).vertices[(*G).vexnum].firstarc=NULL;
	(*G).vexnum++; // 圖G的頂點數加1 
}

// 刪除G中頂點v及其相關的弧。
int DeleteVex(ALGraph *G,VertexType v)
{
	int i,j;
	ArcNode *p,*q;
	
	j=LocateVex(*G,v);	// j是頂點v的序號 
	if(j < 0 )			// v不是圖G的頂點 
		return 0;
	p = (*G).vertices[j].firstarc;	// 刪除以v為出度的弧或邊 
	while( p )
	{
		q = p;
		p = p->nextarc;
		if((*G).kind % 2)	// 網 
			free(q->info);
		free(q);
		(*G).arcnum--;		// 弧或邊數減1 
	}
	(*G).vexnum--;	// 頂點數減1 
	for(i = j; i < (*G).vexnum; i++)	// 頂點v后面的頂點前移 
		(*G).vertices[i] = (*G).vertices[i+1];
	// 刪除以v為入度的弧或邊且必要時改動表結點的頂點位置值
	for(i = 0; i < (*G).vexnum; i++) 
	{
		p = (*G).vertices[i].firstarc; // 指向第1條弧或邊 
		while(p) // 有弧 
		{
			if(p->adjvex == j)		// 是以v為入度的邊。
			{
				if(p == (*G).vertices[i].firstarc) // 待刪結點是第1個結點 
				{
					(*G).vertices[i].firstarc = p->nextarc;
					if((*G).kind % 2)	// 網 
						free(p->info);
					free(p);
					p = (*G).vertices[i].firstarc;
					if((*G).kind < 2)	// 有向 
						(*G).arcnum--;	// 弧或邊數減1 
				}
				else
				{
					q->nextarc = p->nextarc;
					if((*G).kind%2)	// 網 
						free(p->info);
					free(p);
					p = q->nextarc;
					if((*G).kind < 2)	// 有向 
						(*G).arcnum--;	// 弧或邊數減1 
				}
			}
			else
			{
				if(p->adjvex > j)
					p->adjvex--; // 改動表結點的頂點位置值(序號) 
				q = p;
				p = p->nextarc;
			}
		}
	}
	return 1;
}

// 在G中增添弧<v,w>,若G是無向的,則還增添對稱弧<w,v>。

int InsertArc(ALGraph *G,VertexType v, VertexType w)
{
	ArcNode *p;
	int w1,i,j;
	i=LocateVex(*G,v); // 弧尾或邊的序號 
	j=LocateVex(*G,w); // 弧頭或邊的序號 
	if(i < 0 || j < 0)
		return 0;
	(*G).arcnum++;	// 圖G的弧或邊的數目加1 
	if((*G).kind%2) // 網 
	{
		printf("請輸入弧(邊)%s→%s的權值: ",v,w);
		scanf("%d",&w1);
	}
	p=(ArcNode*)malloc(sizeof(ArcNode));
	p->adjvex=j;
	if((*G).kind%2) // 網 
	{
		p->info=(int*)malloc(sizeof(int));
		*(p->info)=w1;
	}
	else
		p->info = NULL;
	p->nextarc = (*G).vertices[i].firstarc; // 插在表頭 
	(*G).vertices[i].firstarc = p;
	if((*G).kind >= 2)	// 無向,生成還有一個表結點 
	{
		p = (ArcNode*)malloc(sizeof(ArcNode));
		p->adjvex = i;
		if((*G).kind == 3) // 無向網 
		{
			p->info = (int*)malloc(sizeof(int));
			*(p->info) = w1;
		}
		else
			p->info=NULL;
		p->nextarc=(*G).vertices[j].firstarc; // 插在表頭 
		(*G).vertices[j].firstarc=p;
	}
	return 1;
}

// 在G中刪除弧<v,w>,若G是無向的,則還刪除對稱弧<w,v>。
int DeleteArc(ALGraph *G,VertexType v,VertexType w)
{
	ArcNode *p,*q;
	int i,j;
	i = LocateVex(*G,v); // i是頂點v(弧尾)的序號 
	j = LocateVex(*G,w); // j是頂點w(弧頭)的序號 
	if(i < 0 || j < 0 || i == j)
		return 0;
	p=(*G).vertices[i].firstarc; // p指向頂點v的第一條出弧 
	while(p&&p->adjvex!=j) // p不空且所指之弧不是待刪除弧<v,w> 
	{ // p指向下一條弧 
		q=p;
		p=p->nextarc;
	}
	if(p&&p->adjvex==j) // 找到弧<v,w> 
	{
		if(p==(*G).vertices[i].firstarc) // p所指是第1條弧 
			(*G).vertices[i].firstarc=p->nextarc; // 指向下一條弧 
		else
			q->nextarc=p->nextarc; // 指向下一條弧 
		if((*G).kind%2) // 網 
			free(p->info);
		free(p); // 釋放此結點 
		(*G).arcnum--; // 弧或邊數減1 
	}
	if((*G).kind>=2) // 無向,刪除對稱弧<w,v> 
	{
		p=(*G).vertices[j].firstarc; // p指隙サ鉾的第一條出弧 
		while(p&&p->adjvex!=i) // p不空且所指之弧不是待刪除弧<w,v> 
		{ // p指向下一條弧 
			q=p;
			p=p->nextarc;
		}
		if(p&&p->adjvex==i) // 找到弧<w,v> 
		{
			if(p==(*G).vertices[j].firstarc) // p所指是第1條弧 
				(*G).vertices[j].firstarc=p->nextarc; // 指向下一條弧 
			else
				q->nextarc=p->nextarc; // 指向下一條弧 
			if((*G).kind==3) // 無向網 
				free(p->info);
			free(p); // 釋放此結點 
		}
	}
	return 1;
}



//	從第v個頂點出發遞歸地深度優先遍歷圖G。
void DFS(ALGraph G,int v)
{
	int w;
	VertexType v1,w1;

	strcpy(v1,*GetVex(G,v));
	visited[v] = 1;	// 設置訪問標志為1(已訪問) 
	VisitFunc(G.vertices[v].data); // 訪問第v個頂點 
	for(w = FirstAdjVex(G,v1); w >= 0;
		w = NextAdjVex(G,v1,strcpy(w1,*GetVex(G,w))))
		if(!visited[w])
			DFS(G,w);	// 對v的尚未訪問的鄰接點w遞歸調用DFS 
}

//	對圖G作深度優先遍歷。

void DFSTraverse(ALGraph G,void(*Visit)(char*))
{
	int v;
	// 使用全局變量VisitFunc,使DFS不必設函數指針參數
	VisitFunc = Visit; 
	
	for(v = 0; v < G.vexnum; v++)
		visited[v] = 0;	// 訪問標志數組初始化 
	for(v = 0; v < G.vexnum; v++)
		if(!visited[v])
			DFS(G,v);		// 對尚未訪問的頂點調用DFS 
		printf("\n");
}

//	構造一個空隊列Q。

int InitQueue(LinkQueue *Q)
{
	(*Q).front = (*Q).rear = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));	//動態分配一個空間
	if(!(*Q).front)
		exit(0);
	(*Q).front->next = NULL;	//隊頭指針指向空。無數據域，這樣構成了一個空隊列
	return 1;
}

// 	插入元素e為Q的新的隊尾元素。

int EnQueue(LinkQueue *Q, QElemType e)
{
	QueuePtr p = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));
	if( !p )	// 存儲分配失敗 
		exit(0);
	// 生成一個以為e為數據域的隊列元素
	p->data = e;
	p->next = NULL;
	//將該新隊列元素接在隊尾的后面
	(*Q).rear->next = p;
	(*Q).rear = p;
	return 1;
}

// 	若隊列不空,刪除Q的隊頭元素,用e返回其值,並返回1,否則返回0。

int DeQueue(LinkQueue *Q,QElemType *e)
{
	QueuePtr p;
	if((*Q).front==(*Q).rear)
		return 0;
	p=(*Q).front->next;	//隊頭元素
	*e=p->data;
	(*Q).front->next=p->next;
	if((*Q).rear==p)
		(*Q).rear=(*Q).front;
	free(p);
	return 1;
}

//	若Q為空隊列,則返回1,否則返回0。

int QueueEmpty(LinkQueue Q)
{
	if(Q.front == Q.rear)
		return 1;
	else
		return 0;
}

//按廣度優先遍歷圖G。使用輔助隊列Q和訪問標志數組visited。
void BFSTraverse(ALGraph G,void(*Visit)(char*))
{
	int v,u,w;
	VertexType u1,w1;
	LinkQueue Q;
	
	for(v = 0; v < G.vexnum; ++v)
		visited[v]=0;	// 置初值 
	InitQueue(&Q);			// 置空的輔助隊列Q 
	for(v = 0; v < G.vexnum; v++)	// 假設是連通圖,僅僅v=0就遍歷全圖 
		if(!visited[v])				// v尚未訪問 
		{
			visited[v]=1;
			Visit(G.vertices[v].data);
			EnQueue(&Q,v);			// v入隊列 
			while(!QueueEmpty(Q))	// 隊列不空 
			{
				DeQueue(&Q,&u);		// 隊頭元素出隊並置為u 
				strcpy(u1,*GetVex(G,u));
				for(w = FirstAdjVex(G,u1); w >= 0; w = NextAdjVex(G, 
					u1, strcpy(w1, *GetVex(G,w))))
					if(!visited[w])	// w為u的尚未訪問的鄰接頂點 
					{
						visited[w] = 1;
						Visit(G.vertices[w].data);
						EnQueue(&Q,w);	// w入隊 
					}
			}
		}
		printf("\n");
}

//	輸出圖的鄰接表G。
void Display(ALGraph G)
{
	int i;
	ArcNode *p;

	switch(G.kind)
	{
	case DG: printf("有向圖\n");
		break;
	case DN: printf("有向網\n");
		break;
	case AG: printf("無向圖\n");
		break;
	case AN: printf("無向網\n");
	}
	printf("%d個頂點：\n",G.vexnum);
	for(i = 0; i < G.vexnum; ++i)
		printf("%s ",G.vertices[i].data);
	printf("\n%d條弧(邊):\n", G.arcnum);
	for(i = 0; i < G.vexnum; i++)
	{
		p = G.vertices[i].firstarc;
		while(p)
		{
			if(G.kind <= 1) // 有向 
			{
				printf("%s→%s ",G.vertices[i].data,
					G.vertices[p->adjvex].data);
				if(G.kind == DN) // 網 
					printf(":%d ", *(p->info));
			}
			else	// 無向(避免輸出兩次) 
			{
				if(i < p->adjvex)
				{
					printf("%s－%s ",G.vertices[i].data,
						G.vertices[p->adjvex].data);
					if(G.kind == AN)	// 網 
						printf(":%d ",*(p->info));
				}
			}
			p=p->nextarc;
		}
		printf("\n");
	}
}

void print(char *i)
{
	printf("%s ",i);
}

int main()
{
	int i,j,k,n;
	ALGraph g;
	VertexType v1,v2;
	
	printf("請選擇有向圖\n");
	CreateGraph(&g);
	Display(g);
	
	printf("刪除一條邊或弧，請輸入待刪除邊或弧的弧尾 弧頭：\n");
	scanf("%s%s",v1,v2);
	DeleteArc(&g,v1,v2);
	Display(g);
	
	printf("改動頂點的值。請輸入原值 新值: ");
	scanf("%s%s",v1,v2);
	PutVex(&g,v1,v2);
	Display(g);
	
	printf("插入新頂點。請輸入頂點的值: ");
	scanf("%s",v1);
	InsertVex(&g,v1);
	Display(g);
	
	
	printf("插入與新頂點有關的弧或邊，請輸入弧或邊數目: ");
	scanf("%d",&n);
	for(k=0;k<n;k++)
	{
		printf("請輸入還有一頂點的值: ");
		scanf("%s",v2);
		printf("對於有向圖，請輸入還有一頂點的方向(0:弧頭 1:弧尾): ");
		scanf("%d",&j);
		if(j)
			InsertArc(&g,v2,v1);
		else
			InsertArc(&g,v1,v2);
	}
	Display(g);
	
	printf("刪除頂點及相關的弧或邊，請輸入頂點的值: ");
	scanf("%s",v1);
	DeleteVex(&g,v1);
	Display(g);
	
	printf("深度優先搜索的結果:\n");
	DFSTraverse(g,print);
	
	printf("廣度優先搜索的結果:\n");
	BFSTraverse(g,print);
	DestroyGraph(&g);


	system("pause");
	return 0;
}

效果：