【算法-图论】图的存储

在图论中，我们应该如何存储一个图？每种存图的方法有什么优点，有什么缺点？这篇文章将会让你找到答案

1. 邻接表

邻接表是由一个静态的数组套动态的数组构成的。我们都知道动态数组的空间会随着数组的大小进行改变，可长可短，还可以自动释放一些无需的闲置空间，而外面的静态数组也可能对于一些节点空间小，一些节点空间大

当我们定义了一个邻接矩阵 GGG 时，GiG_iGi 则表示从 iii 号节点经过一条边到达的节点所构成的集合，我们只要遍历集合，就相当于遍历了以 iii 号为起点的边

例如上面的这个有向图可以写成这样的邻接表
G0={2,4,5}G1={4,5}G2={3,4}G3=∅G4={5}G5=∅ G_0 = \{2, 4, 5\} \\ G_1 = \{4, 5\} \\ G_2 = \{3, 4\} \\ G_3 = \emptyset \\ G_4 = \{5\} \\ G_5 = \emptyset G0={2,4,5}G1={4,5}G2={3,4}G3=∅G4={5}G5=∅

此外，如果这个图是无向图，可以看成两个相连的节点互相连接

如果还想保存权值的话，就在里面的动态数组中套一个结构体，一个是要到的点，另一个是到那个点的边的权值

以下是对于有权值有向图的邻接表的代码

cpp 复制代码

const int V = 1005; // 点的数量

struct EdgeNode {
	int v, w; // 到的地方和权值
};

vector<EdgeNode> G[V];

void AddEdge (int u, int v, int w) {
	G[u].push_back({v, w});
}

2. 邻接矩阵

它使用的是要一个二维静态数组，Gu,vG_{u, v}Gu,v 表示从 uuu 到 vvv 是否有边链接，如果有边为 111，否则没边为 000。对于有权值的边而言，Gu,vG_{u, v}Gu,v表示为从 uuu 到 vvv 连接的边权，如果没边则 Gu,v=∞G_{u, v} = \inftyGu,v=∞，另外，Gi,i=0G_{i, i} = 0Gi,i=0

对于这个图，那么它的邻接矩阵就是：
$011110100100100010110001101001000110$ \begin{bmatrix} 0 & 1 & 1 & 1 & 1 & 0 \\ 1 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & 0 & 0 & 1 & 0 \\ 1 & 1 & 0 & 0 & 0 & 1 \\ 1 & 0 & 1 & 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 0 & 1 & 1 & 0 \\ \end{bmatrix} 011110100100100010110001101001000110

其中，我们不难发现：矩阵始终是个方阵，且大小为 ∣V∣2|V|^2∣V∣2

这是有权值无向图的邻接矩阵的写法：

cpp 复制代码

const int V = 1005; // 点的个数

int G[V][V]; // 邻接矩阵

void AddEdge (int u, int v, int w) {
	G[u][v] = G[v][u] = w; 
}

int main () {
	memset(G, 0x3f, sizeof(G));
}

3. 边表

边表，也叫做链式前向星，它使用一个大小 2∣E∣2|E|2∣E∣ 的一维数组 EdgeEdgeEdge 存储边，还有一个大小为 ∣V∣|V|∣V∣ 的数组 HeadHeadHead 表示头指针。其中，EdgeEdgeEdge 的每一个元素实际上存储了三个属性：边连接哪个点、边的权值和同样以这个边的起点作为起点的其他的边，用于遍历所有的边。HeadHeadHead 存储着应该从哪里开始遍历以某个点作为起点的所有点，作为遍历的开端。实际编程时，我们可以倒着连接

这是加边用的函数

cpp 复制代码

const int ARRMAX = 100005;

struct GrephEdge {
	int v; // 去哪个点
	int w; // 权值
	int nxt; // 下一个边
} Edge[ARRMAX << 1];
int cnt; 
int Head[ARRMAX];

void AddEdge (int u, int v, int w) { // 插入以 u 为起点，v 为终点，权值为 w 的边
	Edge[cnt] = {v, w, Head[u]}; // 边的增加
    Head[u] = cnt++; // 改变头指针
}