C語言數據結構之圖的基本操作

本博文是是博主在學習數據結構圖的這一章知識時做的一些總結，代碼運行環境：visual studio2017 純C語言 ，當然掌握了方法，你也可以試着用其它的語言來實現同樣的功能。

下面的程序主要實現了對有向圖，有向網，無向圖，無向網，無向圖的深度優先遍歷，廣度優先遍歷，有向無環圖的拓撲排序功能等。

主要代碼實現如下：

#pragma once
#include<stdio.h>
#include"stdlib.h"
#define ElemType char
#define MAXQSIZE 50
#define INFINITY INT_MAX
#define MAX_VERTEX_NUM 20
typedef enum { DG, DN, UDG, UDN } GraphKind;
typedef struct ArcCell {
    int adj;         //頂點關系類型 對於無權圖 用0或1表示
                     //char *info;     //弧相關信息的指針
}ArcCell, AdjMatrix[MAX_VERTEX_NUM][MAX_VERTEX_NUM];
typedef struct {
    char vers[MAX_VERTEX_NUM];  //用一個字符數組存儲頂點向量
    AdjMatrix arcs;            //鄰接矩陣
    int vexnum, arcnum;         //圖的當前頂點數和弧數 
    GraphKind kind;               //圖的種類標志
    int in[MAX_VERTEX_NUM];  //存放所有節點的入度
}MGraph;
//圖G中頂點v的第一個鄰接點，不存在時返回 -1 
int FirstAdjVex(MGraph&G, int v)
{

    int i;
    for (i = 0; i < G.vexnum; i++)
    {
        if (G.arcs[v][i].adj)
        {
            return i;
        }
    }
    return -1;
}
//圖G中頂點v在w之后的下一個鄰接點，不存在時返回 -1
int NextAdjVex(MGraph G, int v, int w)
{

    int i;
    for (i = w + 1; i < G.vexnum; i++)
    {
        if (G.arcs[v][i].adj)
        {
            return i;
        }
    }
    return -1;

}
//深度優先遍歷圖
bool visited[MAX_VERTEX_NUM];
void DFS(MGraph G, int v)
{
    visited[v] = true;
    printf("%c", G.vers[v]);
    int j;
    for (j = 1; j <= G.vexnum; j++) {
        if (visited[j] == 0 && G.arcs[v][j].adj == 1)
        {
            DFS(G, j);//v每循環一次值都會變 上一輪的j值賦給了v
        }
    }
}

//廣度優先遍歷
int BFSTraverse(MGraph G, int s)
{
    //清空訪問標志  
    for (int i = 0; i <MAX_VERTEX_NUM; i++)
        visited[i] = false;
    //定義隊列，用於保存當前節點的鄰接頂點  
    int Q[MAX_VERTEX_NUM];
    int front = 0;
    int rear = 0;
    int i, j;
    printf("%c", G.vers[s]);
    visited[s] = 1;
    Q[rear++] = s;
    //遍歷隊列   
    while (front < rear)
    {
        i = Q[front++];
        for (j = 1; j <= G.vexnum; j++)
        {
            if (visited[j] == false && G.arcs[i][j].adj == 1)
            {
                printf("%c", G.vers[j]);
                visited[j] = true;
                Q[rear++] = j;
            }

        }
    }
    return 0;
}

//定位頂點
int LocateVex(MGraph &G, char v)
{
    int i;
    for (i = 0; i<G.vexnum; i++)
    {
        if (v == G.vers[i])
        {
            return i;
        }
    }
    return -1;

}

//創建有向圖
int CreateDG(MGraph &G) {
    int i, j, k;
    char v1, v2;
    printf("請輸入頂點數:");
    scanf("%d", &G.vexnum);
    printf("\n請輸入弧數:");
    scanf("%d", &G.arcnum);
    printf("請輸入%d個頂點：(每個頂點之間用空格隔開)", G.vexnum);
    fflush(stdin);
    getchar(); //吃掉空格
    for (i = 0; i < G.vexnum; i++)
    {
        scanf("%c", &G.vers[i]);
        getchar();  //吃掉空格 注意數組vers[i]的初始大小為20
    }
    //打印輸出各個頂點
    for (i = 0; i < G.vexnum; i++)
    {
        printf("%c", G.vers[i]);

    }
    printf("\n");
    for (i = 0; i < G.vexnum; i++)
    {
        for (j = 0; j < G.vexnum; j++)
        {
            G.arcs[i][j].adj = INFINITY;

        }
    }
    //入度初始化
    for (int i = 0; i < G.vexnum; i++)
    {
        G.in[i] = 0;
    }
    for (k = 0; k < G.arcnum; k++)
    {
        printf("\nplease input <v1 v2>:");
        fflush(stdin);
        scanf("%c %c", &v1, &v2);  //v1 v2 之間用空格隔開
        fflush(stdin);//清除殘余后，后面再讀入時不會出錯
        i = LocateVex(G, v1);
        j = LocateVex(G, v2);
        G.arcs[i][j].adj = 1;
        G.in[j]++;
        getchar();
    }
    return 1;
}

//創建有向網
int CreateDN(MGraph &G) {
    int i, j, k, w;
    char v1, v2;
    printf("請輸入頂點數：");
    scanf("%d", &G.vexnum);
    printf("\n請輸入弧的數目:");
    scanf("%d", &G.arcnum);
    printf("請輸入%d個頂點：(每個頂點之間用空格隔開)", G.vexnum);
    fflush(stdin);
    getchar(); //吃掉空格
    for (i = 0; i < G.vexnum; i++)
    {
        scanf("%c", &G.vers[i]);
        getchar();  //吃掉空格 注意數組vers[i]的初始大小為20
    }
    //打印輸出各個頂點
    for (i = 0; i < G.vexnum; i++)
    {
        printf("%c", G.vers[i]);

    }
    printf("\n");
    //初始化鄰接矩陣
    for (i = 0; i < G.vexnum; i++)
    {
        for (j = 0; j < G.vexnum; j++)
        {
            G.arcs[i][j].adj = INFINITY;

        }
    }
    for (k = 0; k < G.arcnum; k++)
    {
        printf("\n please input <v1 v2 w>:");
        fflush(stdin);
        scanf("%c %c %d", &v1, &v2, &w);  //v1 v2 w之間用空格隔開
        fflush(stdin);//清除殘余后，后面再讀入時不會出錯
        i = LocateVex(G, v1);
        j = LocateVex(G, v2);
        G.arcs[i][j].adj = w;

        getchar();  //吃掉空格
    }
    return 1;
}

//創建無向圖
int CreateUDG(MGraph &G)
{
    int i, j, k;
    char v1, v2;
    printf("請輸入頂點數:");
    scanf("%d", &G.vexnum);
    printf("\n請輸入邊數:");
    scanf("%d", &G.arcnum);
    printf("請輸入%d個頂點：(每個頂點之間用空格隔開)", G.vexnum);
    fflush(stdin);
    getchar(); //吃掉空格
    for (i = 0; i < G.vexnum; i++)
    {
        scanf("%c", &G.vers[i]);
        getchar();  //吃掉空格 注意數組vers[i]的初始大小為20
    }
    //打印輸出各個頂點
    for (i = 0; i < G.vexnum; i++)
    {
        printf("%c", G.vers[i]);

    }
    printf("\n");
    for (i = 0; i < G.vexnum; i++)
    {
        for (j = 0; j < G.vexnum; j++)
        {
            G.arcs[i][j].adj = INFINITY;
        }
    }
    for (k = 0; k < G.arcnum; k++)
    {
        printf("\nplease input <v1 v2>:");
        fflush(stdin);
        scanf("%c %c", &v1, &v2);  //v1 v2 之間用空格隔開
        fflush(stdin);//清除殘余后，后面再讀入時不會出錯
        i = LocateVex(G, v1);
        j = LocateVex(G, v2);
        G.arcs[i][j].adj = 1;
        G.arcs[j][i].adj = 1;
        getchar();
    }
    return 1;
}

//創建無向網
int CreateUDN(MGraph &G)
{
    int i, j, k, w;
    char v1, v2;
    printf("請輸入頂點數：");
    scanf("%d", &G.vexnum);
    printf("\n請輸入邊的數目:");
    scanf("%d", &G.arcnum);
    printf("請輸入%d個頂點：(每個頂點之間用空格隔開)", G.vexnum);
    fflush(stdin);
    getchar(); //吃掉空格
    for (i = 0; i < G.vexnum; i++)
    {
        scanf("%c", &G.vers[i]);
        getchar();  //吃掉空格 注意數組vers[i]的初始大小為20
    }
    //打印輸出各個頂點
    for (i = 0; i < G.vexnum; i++)
    {
        printf("%c", G.vers[i]);

    }
    printf("\n");
    //初始化鄰接矩陣
    for (i = 0; i < G.vexnum; i++)
    {
        for (j = 0; j < G.vexnum; j++)
        {
            G.arcs[i][j].adj = INFINITY;
        }
    }
    for (k = 0; k < G.arcnum; k++)
    {
        printf("\n please input <v1 v2 w>:");
        fflush(stdin);
        scanf("%c %c %d", &v1, &v2, &w);  //v1 v2 w之間用空格隔開
        fflush(stdin);//清除殘余后，后面再讀入時不會出錯
        i = LocateVex(G, v1);
        j = LocateVex(G, v2);
        G.arcs[i][j].adj = w;
        G.arcs[j][i].adj = w;
        getchar();  //吃掉空格
    }
    return 1;
}
//棧類型
typedef int SElemType;
#define STACK_INIT_SIZE1 10                                      //存儲空間初始分配量
#define STACKINCREMENT1 2                                        //存儲空間分配增量

//棧的順序存儲結構表示
typedef struct SqStack1
{
    SElemType *base;                        //基地址
    SElemType *top;                         //棧頂指針
    int stacksize1;                          //當前已經分配的存儲空間
}SqStack1;

//構造一個空棧
int InitStack1(SqStack1&S)
{
    //為棧底分分配一個指定大小的存儲空間
    S.base = (SElemType *)malloc(STACK_INIT_SIZE1 * sizeof(SElemType));
    if (!S.base)
        exit(0);
    S.top = S.base;                   //棧底與棧頂指針相同
    S.stacksize1 = STACK_INIT_SIZE1;
    return 1;
}


//若棧S為空棧（棧底指針和棧頂指針相同）, 則返回1，否則返回0
int StackEmpty1(SqStack1&S)
{
    if (S.top == S.base)
        return 1;
    else
        return 0;
}


//插入元素e為新的棧頂元素
int Push(SqStack1 *S, SElemType e)
{
    if ((*S).top - (*S).base >= (*S).stacksize1)
    {
        (*S).base = (SElemType *)realloc((*S).base, ((*S).stacksize1 + STACKINCREMENT1) * sizeof(SElemType));
        if (!(*S).base)
            exit(0);
        (*S).top = (*S).base + (*S).stacksize1;
        (*S).stacksize1 += STACKINCREMENT1;
    }
    *((*S).top)++ = e;
    return 1;
}


//若棧不為空，則刪除S棧頂元素用e返回其值，並返回1，否則返回0
int Pop(SqStack1 *S, SElemType *e)
{
    if ((*S).top == (*S).base)
    {
        return 0;
    }
    *e = *--(*S).top;
    return 1;
}
//有向圖的拓撲排序
void TopologicalSort(MGraph G)
{
    int i, j,k;
    int count = 0;
    SqStack1 S;
    InitStack1(S);
    for (i = 0; i<G.vexnum; i++)
    {
        if (G.in[i] == 0)
        {
            Push(&S, i);
        }
    }
    while (!StackEmpty1(S))
    {
        Pop(&S, &k);
        printf("%c->", G.vers[k]);
        count++;
        for (i = 0; i < G.vexnum; i++)
        {
            if (G.arcs[k][i].adj == 1)
            {
                G.in[i]--;
                if (G.in[i] == 0)
                {
                    Push(&S, i);
                }
            }
        }
    }
    //如果計算得到的拓撲排序的節點數目小於總的，說明不是連通圖
    if (count < G.vexnum)
    {
        printf("此圖是有環路的\n");
    }
    else
    {
        printf("此圖是沒有環路的\n");
    }

}