【第十一周】项目4 - 利用遍历思想求解图问题

*Copyright (c)2017,烟台大学计算机与控制工程学院
*All rights reserved.
*文件名称：
*作    者：李佳骏
*完成日期：2017年11月30日
*版 本 号：v1.0
*问题描述：数据结构实践——利用遍历思想求解图问题

*输入描述： 无
*程序输出： <span style="color:#33cc00;">  </span>

问题及描述：假设图G采用邻接表存储，分别设计实现以下要求的算法，要求用区别于示例中的图进行多次测试，通过观察输出值，掌握相关问题的处理方法。 
　　（1）设计一个算法，判断顶点u到v是否有简单路径 
　　（2）设计一个算法输出图G中从顶点u到v的一条简单路径（设计测试图时，保证图G中从顶点u到v至少有一条简单路径）。 
　　（3）输出从顶点u到v的所有简单路径。 
　　（4）输出图G中从顶点u到v的长度为s的所有简单路径。 
　　（5）求图中通过某顶点k的所有简单回路（若存在） 
　　（6）求不带权连通图G中从顶点u到顶点v的一条最短路径。 
　　（7）求不带权连通图G中，距离顶点v最远的顶点k 

（1）#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include "graph.h"
int visited[MAXV]; //定义存放节点的访问标志的全局数组
void ExistPath(ALGraph *G,int u,int v, bool &has)
{
int w;
ArcNode *p;
visited[u]=1;
if(u==v)
{
has=true;
return;
}
p=G->adjlist[u].firstarc;
while (p!=NULL)
{
w=p->adjvex;
if (visited[w]==0)
ExistPath(G,w,v,has);
p=p->nextarc;
}
}

void HasPath(ALGraph *G,int u,int v)
{
int i;
bool flag = false;
for (i=0; i<G->n; i++)
visited[i]=0; //访问标志数组初始化
ExistPath(G,u,v,flag);
printf(" 从 %d 到 %d ", u, v);
if(flag)
printf("有简单路径\n");
else
printf("无简单路径\n");
}

int main()
{
ALGraph *G;
int A[5][5]=
{
{0,0,0,0,0},
{0,0,1,0,0},
{0,0,0,1,1},
{0,0,0,0,0},
{1,0,0,1,0},
}; //请画出对应的有向图
ArrayToList(A[0], 5, G);
HasPath(G, 1, 0);
HasPath(G, 4, 1);
return 0;
}


（2）#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include "graph.h"
int visited[MAXV]; //定义存放节点的访问标志的全局数组
void FindAPath(ALGraph *G,int u,int v,int path[],int d)
{
//d表示path中的路径长度，初始为-1
int w,i;
ArcNode *p;
visited[u]=1;
d++;
path[d]=u; //路径长度d增1，顶点u加入到路径中
if (u==v) //
4000
找到一条路径后输出并返回
{
printf("一条简单路径为:");
for (i=0; i<=d; i++)
printf("%d ",path[i]);
printf("\n");
return; //找到一条路径后返回
}
p=G->adjlist[u].firstarc; //p指向顶点u的第一个相邻点
while (p!=NULL)
{
w=p->adjvex; //相邻点的编号为w
if (visited[w]==0)
FindAPath(G,w,v,path,d);
p=p->nextarc; //p指向顶点u的下一个相邻点
}
}

void APath(ALGraph *G,int u,int v)
{
int i;
int path[MAXV];
for (i=0; i<G->n; i++)
visited[i]=0; //访问标志数组初始化
FindAPath(G,u,v,path,-1); //d初值为-1，调用时d++，即变成了0
}

int main()
{

ALGraph *G;
int A[5][5]=
{
{0,0,0,0,0},
{0,0,1,0,0},
{0,0,0,1,1},
{0,0,0,0,0},
{1,0,0,1,0},
}; //请画出对应的有向图
ArrayToList(A[0], 5, G);
APath(G, 1, 0);
APath(G, 4, 1);
return 0;
}


（3）#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include "graph.h"
int visited[MAXV]; //定义存放节点的访问标志的全局数组
void FindPaths(ALGraph *G,int u,int v,int path[],int d)
//d是到当前为止已走过的路径长度，调用时初值为-1
{
int w,i;
ArcNode *p;
visited[u]=1;
d++; //路径长度增1
path[d]=u; //将当前顶点添加到路径中
if (u==v && d>1) //输出一条路径
{
printf(" ");
for (i=0; i<=d; i++)
printf("%d ",path[i]);
printf("\n");
}
p=G->adjlist[u].firstarc; //p指向u的第一条边
while(p!=NULL)
{
w=p->adjvex; //w为u的邻接顶点
if (visited[w]==0) //若顶点未标记访问，则递归访问之
FindPaths(G,w,v,path,d);
p=p->nextarc; //找u的下一个邻接顶点
}
visited[u]=0; //恢复环境
}

void DispPaths(ALGraph *G,int u,int v)
{
int i;
int path[MAXV];
for (i=0; i<G->n; i++)
visited[i]=0; //访问标志数组初始化
printf("从%d到%d的所有路径:\n",u,v);
FindPaths(G,u,v,path,-1);
printf("\n");
}

int main()
{
ALGraph *G;
int A[5][5]=
{
{0,1,0,1,0},
{1,0,1,0,0},
{0,1,0,1,1},
{1,0,1,0,1},
{0,0,1,1,0}
}; //请画出对应的有向图
ArrayToList(A[0], 5, G);
DispPaths(G, 1, 4);
return 0;
}


（4）#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include "graph.h"
int visited[MAXV]; //定义存放节点的访问标志的全局数组
void SomePaths(ALGraph *G,int u,int v,int s, int path[],int d)
//d是到当前为止已走过的路径长度，调用时初值为-1
{
int w,i;
ArcNode *p;
visited[u]=1;
d++; //路径长度增1
path[d]=u; //将当前顶点添加到路径中
if (u==v && d==s) //输出一条路径
{
printf(" ");
for (i=0; i<=d; i++)
printf("%d ",path[i]);
printf("\n");
}
p=G->adjlist[u].firstarc; //p指向u的第一条边
while(p!=NULL)
{
w=p->adjvex; //w为u的邻接顶点
if (visited[w]==0) //若顶点未标记访问，则递归访问之
SomePaths(G,w,v,s,path,d);
p=p->nextarc; //找u的下一个邻接顶点
}
visited[u]=0; //恢复环境
}

void DispSomePaths(ALGraph *G,int u,int v, int s)
{
int i;
int path[MAXV];
for (i=0; i<G->n; i++)
visited[i]=0; //访问标志数组初始化
printf("从%d到%d长为%d的路径:\n",u,v,s);
SomePaths(G,u,v,s,path,-1);
printf("\n");
}

int main()
{
ALGraph *G;
int A[5][5]=
{
{0,1,0,1,0},
{1,0,1,0,0},
{0,1,0,1,1},
{1,0,1,0,1},
{0,0,1,1,0}
}; //请画出对应的有向图
ArrayToList(A[0], 5, G);
DispSomePaths(G, 1, 4, 3);
return 0;
}


（5）#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include "op.h"
int visited[MAXV]; //全局变量
void DFSPath(ALGraph *G,int u,int v,int path[],int d)
//d是到当前为止已走过的路径长度，调用时初值为-1
{
int w,i;
ArcNode *p;
visited[u]=1;
d++;
path[d]=u;
p=G->adjlist[u].firstarc; //p指向顶点u的第一条边
while (p!=NULL)
{
w=p->adjvex; //w为顶点u的相邻点
if (w==v && d>0) //找到一个回路，输出之
{
printf(" ");
for (i=0; i<=d; i++)
printf("%d ",path[i]);
printf("%d \n",v);
}
if (visited[w]==0) //w未访问，则递归访问之
DFSPath(G,w,v,path,d);
p=p->nextarc; //找u的下一个邻接顶点
}
visited[u]=0; //恢复环境：使该顶点可重新使用
}

void FindCyclePath(ALGraph *G,int k)
//输出经过顶点k的所有回路
{
int path[MAXV],i;
for (i=0; i<G->n; i++)
visited[i]=0; //访问标志数组初始化
printf("经过顶点%d的所有回路\n",k);
DFSPath(G,k,k,path,-1);
printf("\n");
}

int main()
{
ALGraph *G;
int A[5][5]=
{
{0,1,1,0,0},
{0,0,1,0,0},
{0,0,0,1,1},
{0,0,0,0,1},
{1,0,0,0,0}
}; //请画出对应的有向图
ArrayToList(A[0], 5, G);
FindCyclePath(G, 0);
return 0;
}


（6）#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include "op.h"

typedef struct
{
int data; //顶点编号
int parent; //前一个顶点的位置
} QUERE; //非环形队列类型

void ShortPath(ALGraph *G,int u,int v)
{
//输出从顶点u到顶点v的最短逆路径
ArcNode *p;
int w,i;
QUERE qu[MAXV]; //非环形队列
int front=-1,rear=-1; //队列的头、尾指针
int visited[MAXV];
for (i=0; i<G->n; i++) //访问标记置初值0
visited[i]=0;
rear++; //顶点u进队
qu[rear].data=u;
qu[rear].parent=-1;
visited[u]=1;
while (front!=rear) //队不空循环
{
front++; //出队顶点w
w=qu[front].data;
if (w==v) //找到v时输出路径之逆并退出
{
i=front; //通过队列输出逆路径
while (qu[i].parent!=-1)
{
printf("%2d ",qu[i].data);
i=qu[i].parent;
}
printf("%2d\n",qu[i].data);
break;
}
p=G->adjlist[w].firstarc; //找w的第一个邻接点
while (p!=NULL)
{
if (visited[p->adjvex]==0)
{
visited[p->adjvex]=1;
rear++; //将w的未访问过的邻接点进队
qu[rear].data=p->adjvex;
qu[rear].parent=front;
}
p=p->nextarc; //找w的下一个邻接点
}
}
}

int main()
{
ALGraph *G;
int A[9][9]=
{
{0,1,1,0,0,0,0,0,0},
{0,0,0,1,1,0,0,0,0},
{0,0,0,0,1,1,0,0,0},
{0,0,0,0,0,0,1,0,0},
{0,0,0,0,0,1,1,0,0},
{0,0,0,0,0,0,0,1,0},
{0,0,0,0,0,0,0,1,1},
{0,0,0,0,0,0,0,0,1},
{0,0,0,0,0,0,0,0,0}
}; //请画出对应的有向图
ArrayToList(A[0], 9, G);
ShortPath(G,0,7);
return 0;
}


（7）#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include "op.h"

int Maxdist(ALGraph *G,int v)
{
ArcNode *p;
int i,j,k;
int Qu[MAXV]; //环形队列
int visited[MAXV]; //访问标记数组
int front=0,rear=0; //队列的头、尾指针
for (i=0; i<G->n; i++) //初始化访问标志数组
visited[i]=0;
rear++;
Qu[rear]=v; //顶点v进队
visited[v]=1; //标记v已访问
while (rear!=front)
{
front=(front+1)%MAXV;
k=Qu[front]; //顶点k出队
p=G->adjlist[k].firstarc; //找第一个邻接点
while (p!=NULL) //所有未访问过的相邻点进队
{
j=p->adjvex; //邻接点为顶点j
if (visited[j]==0) //若j未访问过
{
visited[j]=1;
rear=(rear+1)%MAXV;
Qu[rear]=j; //进队
}
p=p->nextarc; //找下一个邻接点
}
}
return k;
}

int main()
{
ALGraph *G;
int A[9][9]=
{
{0,1,1,0,0,0,0,0,0},
{0,0,0,1,1,0,0,0,0},
{0,0,0,0,1,1,0,0,0},
{0,0,0,0,0,0,1,0,0},
{0,0,0,0,0,1,1,0,0},
{0,0,0,0,0,0,0,1,0},
{0,0,0,0,0,0,0,1,1},
{0,0,0,0,0,0,0,0,1},
{0,0,0,0,0,0,0,0,0}
}; //请画出对应的有向图
ArrayToList(A[0], 9, G);
printf("离顶点0最远的顶点:%d",Maxdist(G,0));
return 0;
}