图论初步


通过上网课的方式,我今天了解了什么是图论,以及图论在c++中的应用方式和代码构成。

我们可以用数组的方式存储图像,如二维数组a【5】【5】;

        1      2      3      4

1      0      1      1     -1

2      1      0     -1     1 

3      1     -1     0     -1

4     -1      1     -1     0

可以表示图

 这类似于一个表格。

从左到右第一行表示点1到点2、3、4的距离(我们假设距离为1)。如果在图中无法到达(例如点1到点4)我们用-1或者正无穷表示。

向下以此类推。

另外,我们把图分为有向图和无向图;

上面的图就是无向图(点的连接中没有方向性)

有向图就是点的连接会有一定的方向性。

例如1——>2;

这个简单的图就是有向图,路径只能从点1到点2,而不能从点2到点1。

遍历

既然有了图和点之间的方向,我们会想到从一个点如何走才能走到每一个其它点呢?

这就涉及到图的遍历。

当我们一次就走完整张图,且不重复经过任意路径时,我们说这个图中存在“欧拉路”,如果我们此时回到了出发点,我们就把我们走过的路径叫“欧拉回路”。

也就是“一笔画”

利用图的遍历我们可以解决一些“一笔画”问题。

比如著名的七桥问题

有一个叫做哥尼斯堡的小镇,考虑到“哥尼斯堡”这个名字不好记,下文我们就称之为G镇。G镇的居民很爱锻炼身体,过着日出而作日落而息的生活,而他们睡前都喜欢到公园里遛弯消食。但是,G镇的居民不是只会享受生活的一群人,他们还热爱思考数学问题。
有一天,一个孩子提出了一个问题:
 "我们的公园里有一条河,河上有两个小岛,在两岸小岛之间一共建造了7座桥,如果我想走过所有的桥然后回到我出发的地方应该怎么走呢?”
听到这个问题,整个G镇的居民都陷入了沉思,有的还晚上不睡觉,一遍一遍的在桥上走来走去,但是没有找到答案。
相信有好奇的读者肯定曾经自己也在纸上画过很多遍,但是都没有找到答案。
本来这个问题委实不会影响到G镇居民的生活,毕竟这并不影响到他们的生活。幸运的是,据说,刚好有一位很厉害的数学家刚好就暂住在G镇,这个孩子的问题引起了数学家的注意。
(这段是网上抄下来的,如有侵权,立刻删除)

我们可以把这个问题简化一下

有一个简单图,有4个顶点,7条边,问:能否遍历所有的边最后回到起点且不会重复经过同一条边。

经欧拉证明,这是不可能的。

但是如何用计算机算一下呢

以下是代码(also是抄的,如有侵权,立刻删除)

/**  *Author:Yuanhonglong  *Date:2013-12-16  *1948281915  */ package mine.algorithm.graph;   import java.util.Vector;   class Land{     public static int[][] g;     //为四块陆地定义变量order,以示区别     public int order;     public Land(int Order){         this.order=Order;     }     //定义方法go,每走一步则将两块陆地间的一座桥去除     public void go(Land x){         g[this.order][x.order]-=1;         g[x.order][this.order]-=1;     } }   public class Bridge extends Land{     /*      * 用图论解决古老的7桥问题      */       public Bridge(int Order) {         super(Order);     }     public static Vector l=new Vector();     public static int Result=0,turn;     public static void main(String[] args) {         //抽象出四块陆地         Land land1=new Land(0);         Land land2=new Land(1);         Land land3=new Land(2);         Land land4=new Land(3);         //为方便管理,将陆地加入到向量l中         l.add(land1);         l.add(land2);         l.add(land3);         l.add(land4);         int n=l.size();         /*          * 将四块陆地间的联系-桥抽象出来          */         g=new int[n][n];         for(int i=0;i             for(int j=0;j                 g[i][j]=0;             }         }         /*          * 如果第i到第j块陆地有m座桥          * 则g[i][j]=m;          */         g[0][1]=1;         g[0][2]=1;         g[0][3]=1;         g[1][0]=1;         g[1][2]=2;         g[1][3]=2;         g[2][0]=1;         g[2][1]=2;         g[3][0]=1;         g[3][1]=2;         System.out.println("各陆地之间的桥的数量:");         System.out.println("   A B C D");         for(int i=0;i             if(i==0){                 System.out.print("A ");             }             if(i==1){                 System.out.print("B ");             }             if(i==2){                 System.out.print("C ");             }             if(i==3){                 System.out.print("D ");             }             for(int j=0;j                 System.out.print(g[i][j]+"  ");             }             System.out.println();         }         //N用来记录有几种成功的可能         int N=0;         //All用来记录一共尝试了几次         int All=0;         //以下是通过嵌套循环实现遍历         for(int begin=0;begin             //由于可以从不同的桥开始,所有用begin代表从哪一座桥开始             //一共有7座桥,所以内部一共嵌套了7层循环,每层循环代表一步             for(int a=0;a                 if(begin!=a&&g[begin][a]>0){                     l.get(begin).go(l.get(a));                     for(int b=0;b                         if(a!=b&&g[a][b]>0){                             l.get(a).go(l.get(b));                             for(int c=0;c                                 if(b!=c&&g[b][c]>0){                                     l.get(b).go(l.get(c));                                     for(int d=0;d                                         if(c!=d&&g[c][d]>0){                                             l.get(c).go(l.get(d));                                             for(int e=0;e                                                 if(d!=e&&g[d][e]>0){                                                     l.get(d).go(l.get(e));                                                     for(int f=0;f                                                         if(e!=f&&g[e][f]>0){                                                             l.get(e).go(l.get(f));                                                             for(int g1=0;g1                                                                 if(f!=g1&&g[f][g1]>0){                                                                     l.get(f).go(l.get(g1));                                                                     //如果7步走完,则N加1,代表一次成功的尝试                                                                     N+=1;                                                                     g[f][g1]+=1;                                                                     g[g1][f]+=1;                                                                     //不管成功或失败,All都要加1                                                                     All++;                                                                 }                                                             }                                                             g[e][f]+=1;                                                             g[f][e]+=1;                                                             All++;                                                         }                                                     }                                                     g[d][e]+=1;                                                     g[e][d]+=1;                                                     All++;                                                 }                                             }                                             g[c][d]+=1;                                             g[d][c]+=1;                                             All++;                                         }                                     }                                     g[b][c]+=1;                                     g[c][b]+=1;                                     All++;                                 }                             }                             g[a][b]+=1;                             g[b][a]+=1;                             All++;                         }                     }                     g[begin][a]+=1;                     g[a][begin]+=1;                     All++;                 }             }             //输出结果             System.out.println("从第"+begin+"块陆地开始,一共进行了"+All+"次尝试共有"+N+"种方法可以完成。");             //N与All归零,换另一块陆地开始             N=0;             All=0;         }               }             }     说实话这个代码我没看懂,但是它确实解决了七桥问题。 图论这个东西很高端,基础我还没弄明白。所以就不和大家装X了,今天发文只是和大家分享一下学习经历。 以后我还要努力把这个东西弄会的。