数据结构 - 图

参考链接:数据结构:图(Graph)【详解】_图数据结构-CSDN博客

图的定义

图(Graph)是由顶点的有穷非空集合 V ( G ) 和顶点之间边的集合 E ( G ) 组成,通常表示为: G = ( V , E ) ,其中, G 表示个图, V 是图 G 中顶点的集合, E是图 G 中边的集合。 V={v1​,v2​,...,vn​},则用∣V∣表示图 G 中顶点的个数,也称图 G的阶,E={(u,v)∣u∈V,v∈V},用 ∣E∣表示图 G中边的条数。

图不可以是空图,就是说不能一个顶点没有。图的顶点集V一定非空,边集可以为空,次是图中只有顶点没有边

图的基本概念和术语

有向图

若E是有向边(也称弧) 的有限集合时,则图G为有向图。弧是顶点的有序对,记为<v, w>,其中v,w是顶点,v称为弧尾,w称为弧头(被指向的称为头),<v,w>称为从顶点v到顶点w的弧,也称v邻接到w,或w邻接自v。

无向图

若E是**无向边(简称边)**的有限集合时,则图G为无向图。边是顶点的无序对,记为(v, w)或(w,v),因为(v,w)=(w,v), 其中v,w是顶点。可以说顶点w和顶点v互为邻接点。边(v, w)依附于顶点w和v,或者说边(v, w)和顶点v, w相关联。

简单图

一个图满足 1.不存在重复边 2,不存在顶点到自身的边 则称为简单图

完全图(也称简单完全图)

对于无向图,∣E∣的取值范围是 0 到n(n−1)/2,有n(n−1)/2条边的无向图称为完全图 ,在完全图中任意两个顶点之间都存在边。对于有向图,∣E∣的取值范围是0到n(n−1), n(n−1)条弧的有向图称为有向完全图,在有向完全图中任意两个顶点之间都存在方向相反的两条弧。G2​为无向完全图,而 G3​为有向完全图。

子图

设有两个图 G=(V,E)和G′=(V′,E′), 若 V′是 V的子集,且E′是E的子集,则称 G′是 G 的子图。若有满足V(G′)=V(G)的子图G′,则称其为G的生成子图

**注意:**并非V和E的任何子集都能构成G的子图,因为这样的子集可能不是图,即E的子集中的某些边关联的顶点可能并不在V的子集中

连通,连通图和连通分量

在无向图中,若从顶点V到顶点w有路径存在,则称v和w是连通的。若图中G中任意两个顶点是连通的,则称图G是连通图 ,否则称为非连通图 。无向图中的极大连通子图称为连通分量。若一个图有 n 个顶点,并且边数小于 n - 1,则此图必是非连通图

注意:弄清连通、连通图、连通分量的概念非常重要。首先要区分极大连通子图和极小连通子图,极大连通子图是无向图的连通分量,极大即要求该连通子图包含其所有的边;极小连通子图是既要保持图连通又要使得边数最少的子图。

强连通图 ,强连通分量

在有向图中,若从顶点 v 到顶点 w 和从顶点 w 到顶点 v 之间都有路径,则称这两个顶点是强连通 的。若入中任何一对顶点都是强连通的,则称此图为强连通图 。有向图中的极大强连通子图称为有向图的强连通分量

强连通分量 -- >

注意:强连通图、强连通分量只是针对有向图而言的。一般在无向图中讨论连通性,在有向图中考虑强连通性。

生成树,生成森林

连通图的生成树是包含图中全部顶点的一个极小连通子图。若图中顶点数为 n,则它的生成树含有n−1条边。对生成树而言,若砍去它的一条边,则会变成非连通图,若加上一条边则会形成一个回路。在非连通图中,连通分量的生成树构成了非连通图的生成森林。图G2​的一个生成树如下图所示。

注意:包含无向图中全部顶点的极小连通子图,只有生成树满足条件,因为砍去生成树的任一条边,图将不再连通。

顶点的入度和出度

图中每个顶点的度定义为以该点为一个端点的边的数目

对于无向边,全部顶点的度的和等于边数的 2 倍,因为每条边和两个顶点相关联

对于有向图,顶点 v 的度分为 入度出度,入度是以顶点 v 为终点的度,出度是以这个顶点为起点的度。在有向图中全部顶点入度和出度的和等于边数

边的权和网

在一个图中,每条边都可以标上具有某种含义的数值,该数值称为该边的权值 ,这种边上带有权值的图称为带权图 ,也称为

稠密图,稀疏图

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