C++求圖任意兩點間的所有路徑


基於連通圖,鄰接矩陣實現的圖,非遞歸實現。

算法思想:

設置兩個標志位,①該頂點是否入棧,②與該頂點相鄰的頂點是否已經訪問。

  A 將始點標志位①置1,將其入棧

  B 查看棧頂節點V在圖中,有沒有可以到達、且沒有入棧、且沒有從這個節點V出發訪問過的節點

  C 如果有,則將找到的這個節點入棧,這個頂點的標志位①置1,V的對應的此頂點的標志位②置1

  D 如果沒有,V出棧,並且將與v相鄰的全部結點設為未訪問,即全部的標志位②置0

  E 當棧頂元素為終點時,設置終點沒有被訪問過,即①置0,打印棧中元素,彈出棧頂節點

  F 重復執行B – E,直到棧中元素為空

先舉一個例子吧

假設簡單連通圖如圖1所示。假設我們要找出結點3到結點6的所有路徑,那么,我們就設結點3為起點,結點6為終點。找到結點3到結點6的所有路徑步驟如下:
1、 我們建立一個存儲結點的棧結構,將起點3入棧,將結點3標記為入棧狀態;
2、 從結點3出發,找到結點3的第一個非入棧沒有訪問過的鄰結點1,將結點1標記為入棧狀態,並且將3到1標記為已訪問;
3、 從結點1出發,找到結點1的第一個非入棧沒有訪問過的鄰結點0,將結點0標記為入棧狀態,並且將1到0標記為已訪問;
4、 從結點0出發,找到結點0的第一個非入棧沒有訪問過的鄰結點2,將結點2標記為入棧狀態,並且將0到2標記為已訪問;
5、 從結點2出發,找到結點2的第一個非入棧沒有訪問過的鄰結點5,將結點5標記為入棧狀態,並且將2到5標記為已訪問;
6、 從結點5出發,找到結點5的第一個非入棧沒有訪問過的鄰結點6,將結點6標記為入棧狀態,並且將5到6標記為已訪問;
7、 棧頂結點6是終點,那么,我們就找到了一條起點到終點的路徑,輸出這條路徑;
8、 從棧頂彈出結點6,將6標記為非入棧狀態;
9、 現在棧頂結點為5,結點5沒有非入棧並且非訪問的結點,所以從棧頂將結點5彈出,並且將5到6標記為未訪問;
10、        現在棧頂結點為2,結點2的相鄰節點5已訪問,6滿足非入棧,非訪問,那么我們將結點6入棧;
11、        現在棧頂為結點6,即找到了第二條路徑,輸出整個棧,即為第二條路徑
12、        重復步驟8-11,就可以找到從起點3到終點6的所有路徑;
13、        棧為空,算法結束。

下面講一下C++代碼實現

圖類,基於鄰接矩陣,不詳細的寫了 ==

 1 class Graph  
 2 {  
 3 private:  
 4     CArray<DataType,DataType> Vertices;  
 5     int Edge[MaxVertices][MaxVertices];  
 6     int numOfEdges;  
 7 public:  
 8     Graph();  
 9     ~Graph();  
10     void InsertVertex(DataType Vertex);  
11     void InsertEdge(int v1,int v2,int weight);  
12     int GetWeight(int i,int j);  
13     int GetVertices();  
14     DataType GetValue(int i);  
15 }; 

首先自己寫一個簡單的“棧類”,由於新增了些方法所以不完全叫棧

template<class T>  
class Stack  
{  
private:  
    int m_size;  
    int m_maxsize;  
    T* data;  
public:  
    Stack();  
    ~Stack();  
    void push(T data);  //壓棧  
    T pop(); //出棧,並返回彈出的元素  
    T peek(); //查看棧頂元素  
    bool isEmpty();  //判斷是否空  
    int getSize();  //得到棧的中元素個數  
    T* getPath();  //返回棧中所有元素  
};  
template<class T>  
Stack<T>::Stack()  
{  
    m_size=0;  
    m_maxsize=100;  
    data=new T[m_maxsize];  
}  
template<class T>  
Stack<T>::~Stack()  
{  
    delete []data;  
}  
template<class T>  
T Stack<T>::pop()  
{  
    m_size--;  
    return data[m_size];  
}  
  
template<class T>  
void Stack<T>::push(T d)  
{  
    if (m_size==m_maxsize)  
    {  
        m_maxsize=2*m_maxsize;  
        T* new_data=new T[m_maxsize];  
        for (int i=0;i<m_size;i++)  
        {  
            new_data[i]=data[i];  
        }  
        delete []data;  
        data=new_data;  
    }  
    data[m_size]=d;  
    m_size++;  
}  
  
template<class T>  
T Stack<T>::peek()  
{  
    return data[m_size-1];  
}  
  
template<class T>  
bool Stack<T>::isEmpty()  
{  
    if (m_size==0)  
    {  
        return TRUE;  
    }  
    else  
    {  
        return FALSE;  
    }  
}  
  
template<class T>  
T* Stack<T>::getPath()  
{  
    T* path=new T[m_size];  
    for (int i=0;i<m_size;i++)  
    {  
        path[i]=data[i];  
    }  
    return path;  
}  
  
template<class T>  
int Stack<T>::getSize()  
{  
    return m_size;  
}  

  Vertex類,便於遍歷全部的結點

 1 class CVertex    
 2 {  
 3 private:  
 4     int m_num;//保存與該頂點相鄰的頂點個數  
 5     int *m_nei; //與該頂點相鄰的頂點序號  
 6     int *m_flag; //與該頂點相鄰的頂點是否訪問過  
 7     bool isin; //該頂點是否入棧  
 8 public:  
 9     CVertex();  
10     void Initialize(int num,int a[]);  
11     int getOne(); //得到一個與該頂點相鄰的頂點  
12     void resetFlag(); //與該頂點相鄰的頂點全被標記為未訪問  
13     void setIsin(bool);//標記該頂點是否入棧  
14     bool isIn();  //判斷該頂點是否入棧  
15     void Reset();//將isin和所有flag置0  
16     ~CVertex();  
17   
18 };  
CVertex::CVertex()  
{  
    m_num=SIZE;  
    m_nei=new int[m_num];  
    m_flag=new int[m_num];  
    isin=false;  
    for (int i=0;i<m_num;i++)  
    {  
        m_flag[i]=0;  
    }  
      
}  
void CVertex::Initialize(int num,int a[])  
{  
    m_num=num;  
    for (int i=0;i<m_num;i++)  
    {  
        m_nei[i]=a[i];  
    }  
}  
CVertex::~CVertex()  
{  
    delete []m_nei;  
    delete []m_flag;  
}  
int CVertex::getOne()  
{  
    int i=0;  
    for (i=0;i<m_num;i++)  
    {  
        if (m_flag[i]==0)   //判斷是否訪問過  
        {  
            m_flag[i]=1;   //表示這個頂點已經被訪問,並將其返回  
            return m_nei[i];  
        }  
    }  
    return -1;  //所有頂點都已訪問過則返回-1  
}  
void CVertex::resetFlag()  
{  
    for (int i=0;i<m_num;i++)  
    {  
        m_flag[i]=0;  
    }  
}  
void CVertex::setIsin(bool a)  
{  
    isin=a;  
}  
bool CVertex::isIn()  
{  
    return isin;  
}  
void CVertex::Reset()  
{  
    for (int i=0;i<m_num;i++)  
    {  
        m_flag[i]=0;  
    }  
    isin=false;  
}  

  初始化頂點類

int a[SIZE],num;  
for ( i=0;i<SIZE;i++)  
{  
    num=0;  
    for (int j=0;j<SIZE;j++)  
    {  
          
        if (m_graph.Edge[i][j]!=MaxWeight&&i!=j)  
        {  
            a[num]=j;  
            num++;  
        }  
          
    }  
    vertex[i].Initialize(num,a);  

  算法實現(由於是基於MFC實現,所有下邊的代碼不可以直接使用)

stack.push(selection1); //將起點壓棧  
vertex[selection1].setIsin(true);  //標記為已入棧  
int path_num=0;  
while (!stack.isEmpty())  //判斷棧是否空  
{   
      
    int flag=vertex[stack.peek()].getOne();  //得到相鄰的頂點  
    if (flag==-1)    //如果相鄰頂點全部訪問過    
    {  
        int pop=stack.pop(); //棧彈出一個元素  
        vertex[pop].resetFlag();  //該頂點相鄰的頂點標記為未訪問  
        vertex[pop].setIsin(false); //該頂點標記為未入棧  
        continue; //取棧頂的相鄰節點  
    }   
    if (vertex[flag].isIn())  //若已經在棧中,取下一個頂點  
    {  
        continue;  
    }  
    if (stack.getSize()>maxver-1) //判斷棧中個數是否超過了用戶要求的 ,這里是限制了一條路徑節點的最大個數  
    {  
        int pop=stack.pop();  
        vertex[pop].resetFlag();  
        vertex[pop].setIsin(false);  
        continue;  
    }  
    stack.push(flag); //將該頂點入棧  
      
    vertex[flag].setIsin(true);  //記為已入棧  
      
    if (stack.peek()==selection2)   //如果棧頂已經為所求,將此路徑記錄  
    {  
       int *path=stack.getPath();  
           //保存路徑的代碼省略  
       int pop=stack.pop(); //將其彈出,繼續探索  
           vertex[pop].setIsin(false); //清空入棧的標志位  
    }  
      
}  

  


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