数据结构图论部分课件.ppt
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- 数据 结构图 部分 课件
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1、Data StructureData StructurePage 12023-4-2710086510Data StructureData StructurePage 22023-4-27q 学习目标学习目标v领会领会图的类型定义图的类型定义。v熟悉熟悉图的各种存储结构图的各种存储结构及其构造算法,了解各种存储结构的特点及其构造算法,了解各种存储结构的特点及其及其选用原则选用原则。v熟练掌握图的两种熟练掌握图的两种遍历遍历算法。算法。v理解各种图的理解各种图的应用问题的算法应用问题的算法。q 重点和难点重点和难点v重点:图的各种应用问题的算法都比较经典,注意重点:图的各种应用问题的算法都比较经
2、典,注意理解各种图的理解各种图的算法及其应用场合算法及其应用场合。Data StructureData StructurePage 32023-4-27q 知识点知识点v图的类型定义图的类型定义v图的存储表示图的存储表示v图的深度优先搜索遍历和广度优先搜索遍历图的深度优先搜索遍历和广度优先搜索遍历v无向网的最小生成树无向网的最小生成树v拓扑排序拓扑排序v关键路径关键路径v最短路径最短路径Data StructureData StructurePage 42023-4-27欧拉欧拉17071707年出生在瑞士的巴塞尔城,年出生在瑞士的巴塞尔城,1919岁开始发岁开始发表论文,直到表论文,直到76
3、76岁。几乎每一个数学领域都可以岁。几乎每一个数学领域都可以看到欧拉的名字,从初等几何的欧拉线,多面体看到欧拉的名字,从初等几何的欧拉线,多面体的欧拉定理,立体解析几何的欧拉变换公式,四的欧拉定理,立体解析几何的欧拉变换公式,四次方程的欧拉解法到数论中的欧拉函数,微分方次方程的欧拉解法到数论中的欧拉函数,微分方程的欧拉方程,级数论的欧拉常数,变分学的欧程的欧拉方程,级数论的欧拉常数,变分学的欧拉方程,复变函数的欧拉公式等等。据统计他那拉方程,复变函数的欧拉公式等等。据统计他那不倦的一生,共写下了不倦的一生,共写下了886886本书籍和论文,其中本书籍和论文,其中分析、代数、数论占分析、代数、数
4、论占40%40%,几何占,几何占18%18%,物理和,物理和力学占力学占28%28%,天文学占,天文学占11%11%,弹道学、航海学、,弹道学、航海学、建筑学等占建筑学等占3%3%。17331733年,年仅年,年仅2626岁的欧拉担任岁的欧拉担任了彼得堡科学院数学教授。了彼得堡科学院数学教授。17411741年到柏林担任科年到柏林担任科学院物理数学所所长,直到学院物理数学所所长,直到17661766年,重回彼得堡,年,重回彼得堡,没有多久,完全失明。欧拉在数学上的建树很多,没有多久,完全失明。欧拉在数学上的建树很多,对著名的哥尼斯堡七桥问题的解答开创了图论的对著名的哥尼斯堡七桥问题的解答开创了
5、图论的研究。研究。Data StructureData StructurePage 52023-4-27能否从某个地方出发,穿过所有的桥仅一次能否从某个地方出发,穿过所有的桥仅一次后再回到出发点?后再回到出发点?Data StructureData StructurePage 62023-4-27CADB七桥问题的图模型七桥问题的图模型欧拉回路的判定规则:欧拉回路的判定规则:1.如果通奇数桥的地方多于如果通奇数桥的地方多于两个,则不存在欧拉回路;两个,则不存在欧拉回路;2.如果只有两个地方通奇数如果只有两个地方通奇数桥,可以从这两个地方之一桥,可以从这两个地方之一出发,找到欧拉回路;出发,找到
6、欧拉回路;3.如果没有一个地方是通奇如果没有一个地方是通奇数桥的,则无论从哪里出发,数桥的,则无论从哪里出发,都能找到欧拉回路。都能找到欧拉回路。Data StructureData StructurePage 72023-4-27图的定义图的定义图是由图是由顶点顶点的的有穷非空有穷非空集合和顶点之间集合和顶点之间边边的集合组的集合组成,通常表示为:成,通常表示为:G=(V,E)其中:其中:G表示一个图,表示一个图,V是图是图G中顶点的集合,中顶点的集合,E是是图图G中顶点之间边的集合。中顶点之间边的集合。在线性表中,元素个数可以为零,称为空表;在线性表中,元素个数可以为零,称为空表;在树中,
7、结点个数可以为零,称为空树;在树中,结点个数可以为零,称为空树;在图中,顶点个数不能为零,但可以没有边。在图中,顶点个数不能为零,但可以没有边。7.1 7.1 图的定义和术语图的定义和术语Data StructureData StructurePage 82023-4-27q线性表线性表v每个数据元素只有一个直接前驱和一个直接后继。每个数据元素只有一个直接前驱和一个直接后继。q树形结构树形结构v每个数据元素只有一个直接前驱,但可能有多个直接后继。每个数据元素只有一个直接前驱,但可能有多个直接后继。q图形结构图形结构v每个数据元素可能有多个直接前驱和多个直接后继。每个数据元素可能有多个直接前驱和
8、多个直接后继。图是比线性表和树复杂的数据结构,广泛应用于语图是比线性表和树复杂的数据结构,广泛应用于语言学、逻辑学、物理、化学等领域。言学、逻辑学、物理、化学等领域。Data StructureData StructurePage 92023-4-27如果图的任意两个顶点之间的边都如果图的任意两个顶点之间的边都是是无向边,则称该图为无向边,则称该图为无向图无向图。若顶点若顶点vi和和vj之间的边没有方向,则之间的边没有方向,则称这条边为称这条边为无向边无向边,表示为,表示为(vi,vj)。若从顶点若从顶点vi到到vj的边有方向,则称这的边有方向,则称这条边为条边为有向边有向边,表示为,表示为。
9、如果图的任意两个顶点之间的边都如果图的任意两个顶点之间的边都是是有向边,则称该图为有向边,则称该图为有向图有向图。V1V2V3V4V5V1V2V3V4图的基本术语图的基本术语 Data StructureData StructurePage 102023-4-27简单图:简单图:在图中,若不存在顶点到其自身的边,且同在图中,若不存在顶点到其自身的边,且同一条边不重复出现一条边不重复出现。V3V4V5V1V2V3V4V5V1V2非简单图非简单图 非简单图非简单图 简单图简单图V1V2V3V4V5v 数据结构中讨论的都是简单图。数据结构中讨论的都是简单图。Data StructureData St
10、ructurePage 112023-4-27图的基本术语图的基本术语 邻接、依附邻接、依附无向图无向图中,对于任意两个顶点中,对于任意两个顶点vi和顶点和顶点vj,若存在边,若存在边(vi,vj),则称顶点,则称顶点vi和顶点和顶点vj互为邻接点,同时称边互为邻接点,同时称边(vi,vj)依附于顶点依附于顶点vi和顶点和顶点vj。V1V2V3V4V5V1的邻接点:的邻接点:V2、V4V2的邻接点:的邻接点:V1、V3、V5Data StructureData StructurePage 122023-4-27图的基本术语图的基本术语 邻接、依附邻接、依附有向图有向图中,对于任意两个顶点中,对
11、于任意两个顶点vi和顶点和顶点vj,若存在弧,若存在弧,则称顶点,则称顶点vi邻接到顶点邻接到顶点vj,顶点,顶点vj邻接自顶邻接自顶点点vi,同时称弧同时称弧依附于顶点依附于顶点vi和顶点和顶点vj。V1V2V3V4V1的邻接点:的邻接点:V2、V3V3的邻接点:的邻接点:V4Data StructureData StructurePage 132023-4-27无向完全图无向完全图:在无向图中,如果任意两个顶点之间:在无向图中,如果任意两个顶点之间都存在边,都存在边,则称该图为无向完全图。则称该图为无向完全图。有向完全图有向完全图:在有向图中,如果任意两个顶点之间:在有向图中,如果任意两个
12、顶点之间都存在方向相反的两条弧,都存在方向相反的两条弧,则称该图为有向完全图则称该图为有向完全图。图的基本术语图的基本术语 V1V2V3V1V2V3V4Data StructureData StructurePage 142023-4-27含有含有n个顶点的无向完全图有个顶点的无向完全图有多少多少条边?条边?含有含有n个顶点的有向完全图有个顶点的有向完全图有多少多少条弧?条弧?含有含有n个顶点的无向完全图有个顶点的无向完全图有n(n-1)/2条边。条边。含有含有n个顶点的有向完全图有个顶点的有向完全图有n(n-1)条边。条边。V1V2V3V1V2V3V4Data StructureData S
13、tructurePage 152023-4-27稀疏图:稀疏图:称边数很少的图为稀疏图;称边数很少的图为稀疏图;稠密图:稠密图:称边数很多的图为稠密图。称边数很多的图为稠密图。顶点的度:顶点的度:在无向图中,顶点在无向图中,顶点v的的度度是指依附于该顶是指依附于该顶点的边数,通常记为点的边数,通常记为TD(v)。图的基本术语图的基本术语 顶点的入度:顶点的入度:在有向图中,顶点在有向图中,顶点v的的入度入度是指以该顶是指以该顶点为弧头的弧的数目,点为弧头的弧的数目,记为记为ID(v);顶点顶点的的出度:出度:在有向图中,顶点在有向图中,顶点v的的出度出度是指以该顶是指以该顶点为弧尾的弧的数目,
14、记为点为弧尾的弧的数目,记为OD(v)。Data StructureData StructurePage 162023-4-27V1V2V3V4V5图的基本术语图的基本术语 在具有在具有n个顶点、个顶点、e条边的无向图条边的无向图G中,各顶点中,各顶点的度之和与边数之和的关系?的度之和与边数之和的关系?=niievTD12)(Data StructureData StructurePage 172023-4-27V1V2V3V4图的基本术语图的基本术语 在具有在具有n个顶点、个顶点、e条边的有向图条边的有向图G中,各顶点中,各顶点的入度之和与各顶点的出度之和的关系?与边的入度之和与各顶点的出度
15、之和的关系?与边数之和的关系?数之和的关系?evODvIDiiii=11)()(nnData StructureData StructurePage 182023-4-27权:权:是指对边赋予的有意义的数值量。是指对边赋予的有意义的数值量。网:网:边上带权的图,也称网图。边上带权的图,也称网图。图的基本术语图的基本术语 V1V2V3V42785Data StructureData StructurePage 192023-4-27路径:路径:在无向图在无向图G=(V,E)中,从顶点中,从顶点vp到顶点到顶点vq之间的之间的路径路径是一个顶点序列是一个顶点序列(vp=vi0,vi1,vi2,vi
16、m=vq),其中,其中,(vij-1,vij)E(1jm)。若)。若G是有向图,则路径也是有是有向图,则路径也是有方向的,顶点序列满足方向的,顶点序列满足E。图的基本术语图的基本术语 V1V2V3V4V5v一般情况下,图中的路径不惟一。一般情况下,图中的路径不惟一。V1 到到V4的路径:的路径:V1 V4 V1 V2 V3 V4 V1 V2 V5V3 V4Data StructureData StructurePage 202023-4-27路径长度:路径长度:图的基本术语图的基本术语 非带权图非带权图路径路径上边的上边的个数个数带权图带权图路径上路径上各边的各边的权之和权之和V1V2V3V4
17、V5V1 V4:长度为:长度为1V1 V2 V3 V4:长度为:长度为3V1 V2 V5V3 V4:长度为:长度为4Data StructureData StructurePage 212023-4-27路径长度:路径长度:图的基本术语图的基本术语 非带权图非带权图路径路径上边的上边的个数个数带权图带权图路径上路径上各边的各边的权之和权之和V1 V4:长度为:长度为8V1 V2 V3 V4:长度为:长度为7V1 V2 V5V3 V4:长度为:长度为15V1V2V3V4V5256328Data StructureData StructurePage 222023-4-27回路(环)回路(环):第
18、一个顶点和最后一个顶点相同的路径。:第一个顶点和最后一个顶点相同的路径。简单路径:简单路径:序列中顶点不重复出现的路径。序列中顶点不重复出现的路径。简单回路(简单环):简单回路(简单环):除了第一个顶点和最后一个顶点外,其余除了第一个顶点和最后一个顶点外,其余顶点不重复出现的回路。顶点不重复出现的回路。图的基本术语图的基本术语 V1V2V3V4V5V1V2V3V4Data StructureData StructurePage 232023-4-27子图:子图:若图若图G=(V,E),),G=(V,E),如果),如果V V 且且E E,则称图,则称图G是是G的子图。的子图。图的基本术语图的基本
19、术语 V1V2V3V4V5V1V2V3V4V5V1V3V4Data StructureData StructurePage 242023-4-27连通图:连通图:在无向图中,如果从一个顶点在无向图中,如果从一个顶点vi到另一个顶到另一个顶点点vj(ij)有路径,则称顶点有路径,则称顶点vi和和vj是连通的。如果图中是连通的。如果图中任意两个顶点都是连通的,则称该图是连通任意两个顶点都是连通的,则称该图是连通图。图。连通分量:连通分量:非连通图的极大连通子图称为连通分量。非连通图的极大连通子图称为连通分量。图的基本术语图的基本术语 如何求得一个非连通图的连通分量如何求得一个非连通图的连通分量?1
20、.含有极大含有极大顶点顶点数;数;2.依附于这些顶点的所有依附于这些顶点的所有边边。Data StructureData StructurePage 252023-4-27连通分量连通分量1 V1V2V3V4V5V6V7V1V2V4V5V3V6V7连通分量连通分量2图的基本术语图的基本术语 v连通分量是对无向图的一种划分。连通分量是对无向图的一种划分。Data StructureData StructurePage 262023-4-27强连通图:强连通图:在有向图中,对图中任意一对顶点在有向图中,对图中任意一对顶点vi和和vj(ij),若从顶点,若从顶点vi到顶点到顶点vj和从顶点和从顶点v
21、j到顶点到顶点vi均有路径均有路径,则称该有向图是强连通图。,则称该有向图是强连通图。强连通分量:强连通分量:非强连通图非强连通图的极大强连通子图。的极大强连通子图。图的基本术语图的基本术语 如何求得一个非连通图的连通分量如何求得一个非连通图的连通分量?Data StructureData StructurePage 272023-4-27图的基本术语图的基本术语 V1V2V3V4强连通分量强连通分量1 强连通分量强连通分量2V1V3V4V2Data StructureData StructurePage 282023-4-27生成树:生成树:n个顶点的连通图个顶点的连通图G的生成树是包含的生
22、成树是包含G中中全全部顶点部顶点的一个极小连通的一个极小连通子图。子图。生成森林:生成森林:在非连通图中,由每个连通分量都可以得在非连通图中,由每个连通分量都可以得到一棵生成树,这些连通分到一棵生成树,这些连通分量的生成树就组成了一个量的生成树就组成了一个非连通图的非连通图的生成森林生成森林。如何理解极小连通子图如何理解极小连通子图?图的基本术语图的基本术语 多多构成回路构成回路少少不连通不连通含有含有n-1条边条边Data StructureData StructurePage 292023-4-27V1V2V3V4V5V6V7V1V2V3V4V5V6V7V1V2V3V4V5V1V2V3V4
23、V5生成树生成树生成森林生成森林Data StructureData StructurePage 302023-4-27q图的抽象数据类型定义如下:图的抽象数据类型定义如下:ADT ADT GraphGraph 数据对象数据对象V V :V V是具有相同特性的数据元素的集合,称为顶是具有相同特性的数据元素的集合,称为顶 点集。点集。数据关系数据关系R R :R=VRR=VRVRVR|v,wV|v,wV且且P(v,w)P(v,w),表示从表示从v v到到w w的的 弧,谓词弧,谓词P(v,w)P(v,w)定义了弧定义了弧的意义的意义 或信息或信息 Data StructureData Struc
24、turePage 312023-4-27G1=(G1=(V1V1,VR1VR1)V1=A,B,C,D,EV1=A,B,C,D,EVR1=,VR1=,G2=(G2=(V2V2,VR2VR2)V2=A,B,C,D,E,FV2=A,B,C,D,E,FVR2=(A,B),(A,E),(B,E),(C,D),VR2=(A,B),(A,E),(B,E),(C,D),(D,F),(B,F),(C,F)(D,F),(B,F),(C,F)Data StructureData StructurePage 322023-4-27CreateGraph(&GCreateGraph(&G,V,VR);,V,VR);初始
25、条件:初始条件:V V 是图的顶点集,是图的顶点集,VR VR 是图中弧的集合。是图中弧的集合。操作结果:按操作结果:按 V V 和和 VR VR 的定义的定义构造图构造图 G G。DestroyGraph(&GDestroyGraph(&G););初始条件:图初始条件:图 G G 存在。存在。操作结果:操作结果:销毁图销毁图 G G。LocateVex(GLocateVex(G,u);,u);初始条件:图初始条件:图 G G 存在,存在,u u 和和 G G 中顶点有相同特征。中顶点有相同特征。操作结果:若操作结果:若 G G 中存在和中存在和 u u 相同的顶点,则相同的顶点,则返回该顶点
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