【模板】图的存储与遍历

图的存储与遍历

直接存边法

做法

建立三个数组 u[N]，v[N]，w[N]，对于每一次读入的起点，出点和权值存储即可。

初始化

struct Edge { int u, v, w; };
vector<Edge> graph;

存储

void add(int a, int b, int c)
{
	graph.push_back({a, b, c});
}

遍历

void dfs(int ver)
{
	if (vis[ver]) return;
   	vis[ver] = true;
    
    for (auto t : graph)
        if (t.u == ver)
            dfs(t.v);
}

复杂度

查询两点之间是否连通：\(O(m)\)。

遍历一个点所有出边：\(O(m)\)。

遍历整张图：\(O(n \times m)\)​。

适用于最小生成树 Kruskal 算法。

邻接矩阵

做法

在点的个数较小的情况下，建立一个二维数组 g[N][N]，让 g[u][v] 存储从 \(u\) 点到达 \(v\) 点的权值。

初始化

int g[N][N];

memset(g, 0x3f, sizeof g);

for (int i = 1; i <= n; i ++)
	g[i][i] = 0;

存储

void add(int a, int b, int c)
{
	g[a][b] = g[b][a] = c;
}

遍历

void dfs(int ver)
{
	if (vis[ver]) return;
    vis[ver] = true;
    
    for (int v = 1; v <= n; v ++)
		if (g[ver][v] != INF)
			dfs(v);
}

复杂度

查询两点之间是否连通：\(O(1)\)。

遍历一个点所有出边：\(O(n)\)。

遍历整张图：\(O(n ^ 2)\)​。

空间复杂度：\(O(n^2)\)。

适用于 Floyd 算法 等点数小的稠密图。

邻接表

通过 C++ 的 STL 容器 vector 定义一个支持动态增加元素的二维数组，从而减少储存和遍历非边的时间和空间。

初始化

struct Edge { int ver, val; }
vector<Edge> g[N];

存边

void add(int a, int b, int c)
{
	g[a].push_back({b, c});
    g[b].push_back){a, c});
}

遍历

void dfs(int ver)
{
	if (vis[ver]) return;
    vis[ver] = true;
    
    for (auto y : g[ver])
		dfs(y.ver);
}

复杂度

遍历整张图：\(O(n + m)\)。

空间复杂度：\(O(m)\)​。

遍历一个节点出边的时间复杂度依情况而定。

适用于一切的图，但是由于 vector 的常数较大，实际运行效率不如链式前向星（但是好理解）。

链式前向星

首先定义一个表头数组 h[N]，使得图上所有的点都对应一个表头。我们让每一条边都有一个编号 idx ，接着定义三个数组 e[N]，ne[N]，w[N]。

对于 e[idx]，表示第 \(idx\) 条边的出度。

对于 w[idx]，表示第 \(idx\) 条边的权值。

对于 ne[idx]，表示第 \(idx\) 条边的入度所对应的下一条边的编号。

每一次增加了一条边后，\(idx\) 也要相应的增加。

初始化

const int N = 2e5 + 9, M = 2 * N;	// N 表示总点数，M 表示总边数

int h[N], e[M], w[M], he[M], idx;

memset(h, -1, sizeof h);		// 先将表头数组初始化为 -1

存储

void add(int a, int b, int c)
{
    e[++ idx] = b, w[idx] = c, ne[idx] = h[a], h[a] = idx;
}

遍历

void dfs(int ver)
{
	if (vis[ver]) return;
    vis[ver] = true;
    
    for (int i = h[ver]; ~i; i = ne[i])		// ~i 表示 i != -1
        dfs(e[i]);
}

复杂度

遍历整张图：\(O(n + m)\)。

空间复杂度：\(O(m)\)​。

遍历一个节点出边的时间复杂度依情况而定。