java实现图的DFS和BFS

java实现图的DFS和BFS

public class GraphDemo {

    /**
     * 存储顶点集合
     */
    private ArrayList<String> vertexList;
    /**
     * 存储图对应的领结矩阵
     */
    private int[][] edges;
    /**
     * 表示边的数目
     */
    private int numOfEdges;
    /**
     * 记录是否被访问
     */
    private boolean[] isVisited;

    public static void main(String[] args) {
        // 测试
        String[] vertexValues = {"A", "B", "C", "D", "E"};
        GraphDemo graph = new GraphDemo(vertexValues.length);
        // 循环添加节点
        for (String vertexValue : vertexValues) {
            // 加节点
            graph.insertVertex(vertexValue);
        }
        // 加边 A-B , A-C , B-C , B-D , B-E
        graph.insertEdge(0, 1, 1);
        graph.insertEdge(0, 2, 1);
        graph.insertEdge(1, 2, 1);
        graph.insertEdge(1, 3, 1);
        graph.insertEdge(1, 4, 1);

        // 深度优先遍历
        graph.dfs();
        System.out.println();
        graph.bfs();
    }

    public GraphDemo(int n) {
        // 初始化矩阵和vertexList
        this.edges = new int[n][n];
        this.vertexList = new ArrayList<String>();
        this.numOfEdges = 0;
        this.isVisited = new boolean[n];
    }

    /**
     * 重载
     */
    public void bfs() {
        isVisited = new boolean[getNumOfVertex()];
        for (int i = 0; i < getNumOfVertex(); ++i) {
            if (!isVisited[i]) {
                bfs(isVisited, i);
            }
        }
    }

    /**
     * 广度优先遍历
     */
    public void bfs(boolean[] isVisited, int i) {
        // 队列头节点
        int u;
        // 邻接节点
        int w;
        // 队列
        LinkedList queue = new LinkedList();

        System.out.print(getValueByIndex(i) + " ==> ");
        isVisited[i] = true;

        queue.add(i);

        while (!queue.isEmpty()) {
            u = (int) queue.removeFirst();
            w = getFirstNeighbor(u);

            // w存在
            while (w != -1) {
                if (!isVisited[w]) {
                    System.out.print(getValueByIndex(w) + " ==> ");
                    isVisited[w] = true;
                    // 入队
                    queue.addLast(w);
                } else {
                    // 以u找w下一个节点
                    w = getNextNeighnor(u, w);
                }
            }
        }
    }

    /**
     * 重载
     * 考虑到有不与任何节点所连接的点
     */
    public void dfs() {
        isVisited = new boolean[getNumOfVertex()];
        // 遍历所有节点
        for (int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++) {
            if (!isVisited[i]) {
                dfs(isVisited, i);
            }
        }
    }

    /**
     * 深度优先遍历
     */
    private void dfs(boolean[] isVisited, int i) {
        System.out.print(getValueByIndex(i) + " ==> ");
        isVisited[i] = true;

        // i的第一个邻接节点
        int firstNeighbor = getFirstNeighbor(i);

        // 存在
        while (firstNeighbor != -1) {
            // 没有被访问过
            if (!isVisited[firstNeighbor]) {
                dfs(isVisited, firstNeighbor);
            } else {
                // 被访问过
                // 以i找firstNeighbor下一个节点
                firstNeighbor = getNextNeighnor(i, firstNeighbor);
            }
        }
    }

    /**
     * @return 第一个相邻节点的下标, 没找到返回-1
     */
    public int getFirstNeighbor(int index) {
        for (int i = 0; i < vertexList.size(); i++) {
            // 如果连通
            if (edges[index][i] > 0) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 根据前一个邻接节点的下标来获取后一个领接节点下标
     *
     * @param v1 前一个邻接节点下标
     * @param v2 当前节点
     * @return 下一个邻接节点的下标
     */
    public int getNextNeighnor(int v1, int v2) {
        for (int i = v2 + 1; i < vertexList.size(); ++i) {
            if (edges[v1][i] > 0) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * @return 顶点个数
     */
    public int getNumOfVertex() {
        return vertexList.size();
    }

    /**
     * @return 边的个数
     */
    public int getNumOfEdges() {
        return numOfEdges;
    }

    /**
     * @param i 节点下标
     * @return 下标对应的数据
     */
    public String getValueByIndex(int i) {
        return vertexList.get(i);
    }

    /**
     * @param v1 v1节点
     * @param v2 v2节点
     * @return 权值
     */
    public int getWeight(int v1, int v2) {
        return edges[v1][v2];
    }

    /**
     * 添加节点
     */
    public void insertVertex(String vertex) {
        vertexList.add(vertex);
    }

    /**
     * 显示矩阵
     */
    public void showGraph() {
        for (int[] link : edges) {
            System.out.println(Arrays.toString(link));
        }
    }

    /**
     * 添加边
     *
     * @param v1     表示点的下标
     * @param v2     表示另一个点的下标
     * @param weight 权值
     */
    public void insertEdge(int v1, int v2, int weight) {
        edges[v1][v2] = weight;
        edges[v2][v1] = weight;
        ++numOfEdges;
    }
}