数据结构C语言版 有向图的十字链表存储表示和实现

/*1wangxiaobo@163.com
 数据结构C语言版 有向图的十字链表存储表示和实现
 P165
 编译环境：Dev-C++ 4.9.9.2
 */

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

typedef char InfoType;
#define MAX_Info 80 // 信息字符串最大长度+1 
#define MAX_VERTEX_NAME 5  // 顶点字符串最大长度+1 
typedef char  VertexType[MAX_VERTEX_NAME];

// 有向图的十字链表存储表示 
#define MAX_VERTEX_NUM 20
typedef struct ArcBox
{
 int tailvex,headvex; // 该弧的尾和头顶点的位置 
 struct ArcBox *hlink,*tlink; // 分别为弧头相同和弧尾相同的弧的链域 
 InfoType *info; // 该弧相关信息的指针(可无) 
}ArcBox; // 弧结点

typedef struct
{
 VertexType data;
 ArcBox *firstin,*firstout; // 分别指向该顶点第一条入弧和出弧 
}VexNode; // 顶点结点

typedef struct
{
 VexNode xlist[MAX_VERTEX_NUM]; // 表头向量(数组) 
 int vexnum,arcnum; // 有向图的当前顶点数和弧数 
}OLGraph;

typedef int QElemType;

//  队列的顺序存储结构(可用于循环队列和非循环队列) 
#define MAXQSIZE 5 // 最大队列长度(对于循环队列，最大队列长度要减1) 
typedef struct
{
 QElemType *base; // 初始化的动态分配存储空间 
 int front; // 头指针,若队列不空,指向队列头元素 
 int rear; // 尾指针,若队列不空,指向队列尾元素的下一个位置 
}SqQueue;

// 返回顶点u在有向图G中的位置(序号),如不存在则返回-1
int LocateVex(OLGraph G,VertexType u)
{ 
 int i;

for(i=0;i<G.vexnum;++i) // 用循环查找该结点 
  if(!strcmp(G.xlist[i].data, u))
   return i;
 
 return -1;
}

// 采用十字链表存储表示,构造有向图G。算法7.3
int CreateDG(OLGraph *G)
{ 
 int i,j,k;
 int IncInfo;
 char str[MAX_Info];
 ArcBox *p;
 VertexType v1,v2;
  
 printf("请输入有向图的顶点数,弧数,弧是否含其它信息(是:1，否:0):(空格) ");
 scanf("%d%d%d",&(*G).vexnum,&(*G).arcnum,&IncInfo);
 printf("请输入%d个顶点的值(<%d个字符):\n",(*G).vexnum,MAX_VERTEX_NAME);
 for(i=0;i<(*G).vexnum;++i)
 {
  // 构造表头向量 
  scanf("%s%*c",&(*G).xlist[i].data); // 输入顶点值 
  (*G).xlist[i].firstin=NULL; // 初始化指针 
  (*G).xlist[i].firstout=NULL;
 }
 printf("请输入%d条弧的弧尾和弧头(空格为间隔):\n",(*G).arcnum);
 for(k=0;k<(*G).arcnum;++k)
 {
  // 输入各弧并构造十字链表 
  scanf("%s%s%*c",&v1,&v2);
  i=LocateVex(*G,v1); // 确定v1和v2在G中的位置 
  j=LocateVex(*G,v2);
  p=(ArcBox *)malloc(sizeof(ArcBox)); // 产生弧结点(假定有足够空间) 
  p->tailvex=i; // 对弧结点赋值 
  p->headvex=j;
  p->hlink=(*G).xlist[j].firstin; // 完成在入弧和出弧链表表头的插入 
  p->tlink=(*G).xlist[i].firstout;
  (*G).xlist[j].firstin=(*G).xlist[i].firstout=p;
  if(IncInfo)
  {
   // 若弧含有相关信息，则输入 
   printf("请输入该弧的相关信息(<%d个字符): ",MAX_Info);
   scanf("%s",str);
   p->info=(InfoType *)malloc((strlen(str)+1)*sizeof(InfoType));
   strcpy(p->info,str);
  }
  else // 弧不含有相关信息 
   p->info=NULL;
 }

return 1;
}

// 销毁有向图G
void DestroyGraph(OLGraph *G)
{ 
 int j;
 ArcBox *p,*q;
 
 for(j=0;j<(*G).vexnum;j++) // 对所有顶点 
 {
  p=(*G).xlist[j].firstout; // 仅处理出弧 
  while(p)
  {
   q=p;
   p=p->tlink;
   if(q->info)
    free(q->info);
   free(q);
  }
 }
 (*G).arcnum=0;
 (*G).vexnum=0;
}

// 返回v的值
VertexType* GetVex(OLGraph G,int v)
{  
 if(v>=G.vexnum||v<0)
  exit(0);
 
 return &G.xlist[v].data;
}

// 对v赋新值value
int PutVex(OLGraph *G,VertexType v,VertexType value)
{ 
 int i;
 i=LocateVex(*G,v);
 if(i<0) // v不是G的顶点 
  return 0;
 strcpy((*G).xlist[i].data,value);

return 1;
}

// 返回v的第一个邻接顶点的序号。若顶点在G中没有邻接顶点,则返回-1 
int FirstAdjVex(OLGraph G,VertexType v)
{
 int i;
 ArcBox *p;
 i=LocateVex(G,v);
 p = G.xlist[i].firstout; // p指向顶点v的第1个出弧 
 if(p)
  return p->headvex;
 else
  return -1;
}

// 返回v的(相对于w的)下一个邻接顶点的序号, 
// 若w是v的最后一个邻接顶点,则返回-1 
int NextAdjVex(OLGraph G,VertexType v,VertexType w)
{ 
 int i,j;
 ArcBox *p;
 
 i=LocateVex(G,v); // i是顶点v的序号 
 j=LocateVex(G,w); // j是顶点w的序号 
 p=G.xlist[i].firstout; // p指向顶点v的第1个出弧 
 while(p&&p->headvex!=j)
 p=p->tlink;
 if(p) // w不是v的最后一个邻接顶点 
  p=p->tlink; // p指向相对于w的下一个邻接顶点 
 if(p) // 有下一个邻接顶点 
  return p->headvex;
 else
  return -1;
}

// 在有向图G中增添新顶点v(不增添与顶点相关的弧,留待InsertArc()去做)
void InsertVex(OLGraph *G,VertexType v)
{  
 strcpy((*G). xlist[(*G). vexnum].data,v);
 (*G). xlist[(*G). vexnum].firstin=(*G). xlist[(*G). vexnum].firstout=NULL;
 (*G). vexnum++;
}

//删除G中顶点v及其相关的弧 
int DeleteVex(OLGraph *G,VertexType v)
{ 
 int j,k;
 ArcBox *p,*q;

k=LocateVex(*G,v); // k是顶点v的序号 
 if(k<0) // v不是图G的顶点 
  return 0;
 // 以下删除顶点v的出弧 
 for(j=0;j<(*G). vexnum;j++) // 顶点v的出弧是其它顶点的入弧 
 {
  if(j==k)
   continue;
  p=(*G). xlist[j].firstin; // 在其它顶点的入弧链表中删除顶点v的出弧 
  while(p)
   if(p->tailvex==k&&p==(*G). xlist[j].firstin) // 待删结点为首结点 
   {
    (*G). xlist[j].firstin=p->hlink;
    break;
   }
   else if(p->tailvex!=k) // 没找到待删结点 
   {
    q=p;
    p=p->hlink;
   }
   else // 找到待删结点且不是首结点 
   {
    q->hlink=p->hlink;
    break;
   }
 }
 p=(*G). xlist[k].firstout; // 删除与顶点v有关的出弧 
 while(p)
 {
  q=p->tlink; // q指向p的下一个出弧 
  if(p->info) // 释放p 
   free(p->info);
  free(p);
  (*G). arcnum--;
  p=q;
 }
 // 以下删除顶点v的入弧 
 for(j=0;j<(*G). vexnum;j++) // 顶点v的入弧是其它顶点的出弧 
 {
  if(j==k)
   continue;
  p=(*G). xlist[j].firstout; // 在其它顶点的出弧链表中删除顶点v的入弧 
  while(p)
   if(p->headvex==k&&p==(*G). xlist[j].firstout) // 待删结点为首结点 
   {
    (*G). xlist[j].firstout=p->tlink;
    break;
   }
   else if(p->headvex!=k) // 没找到待删结点 
   {
    q=p;
    p=p->tlink;
   }
   else // 找到待删结点且不是首结点 
   {
    q->tlink=p->tlink;
    break;
   }
 }
 p=(*G). xlist[k].firstin; // 删除与顶点v有关的入弧 
 while(p)
 {
  q=p->hlink; // q指向p的下一个入弧 
  if(p->info) // 释放p 
   free(p->info);
  free(p);
  (*G). arcnum--;
  p=q;
 }
 for(j=k+1;j<(*G). vexnum;j++) // 序号>k的顶点依次向前移 
  (*G). xlist[j-1]=(*G). xlist[j];
 (*G). vexnum--; // 顶点数减1 
 for(j=0;j<(*G). vexnum;j++) // 结点序号>k的要减1 
 {
  p=(*G). xlist[j].firstout; // 处理出弧 
  while(p)
  {
   if(p->tailvex>k)
    p->tailvex--; // 序号-1 
   if(p->headvex>k)
    p->headvex--; // 序号-1 
   p=p->tlink;
  }
 }
 
 return 1;
}

// 在G中增添弧<v,w>
int InsertArc(OLGraph *G,VertexType v,VertexType w)
{  
 int i,j;
 int IncInfo;
 char str[MAX_Info];
 ArcBox *p;

i=LocateVex(*G,v); // 弧尾的序号 
 j=LocateVex(*G,w); // 弧头的序号 
 if(i<0||j<0)
  return 0;
 p=(ArcBox *)malloc(sizeof(ArcBox)); // 生成新结点 
 p->tailvex=i; // 给新结点赋值 
 p->headvex=j;
 p->hlink=(*G). xlist[j].firstin; // 插在入弧和出弧的链头 
 p->tlink=(*G). xlist[i].firstout;
 (*G). xlist[j].firstin=(*G). xlist[i].firstout=p;
 (*G). arcnum++; // 弧数加1 
 printf("要插入的弧是否含有其它信息(是: 1,否: 0): ");
 scanf("%d",&IncInfo);
 if(IncInfo)
 {
  printf("请输入该弧的相关信息(<%d个字符): ",MAX_Info);
  scanf("%s",str);
  p->info=(InfoType *)malloc((strlen(str)+1)*sizeof(InfoType));
  strcpy(p->info,str);
 }
 else
  p->info=NULL;

return 1;
}

// 在G中删除弧<v,w>
int DeleteArc(OLGraph *G,VertexType v,VertexType w)
{ 
 int i,j;
 ArcBox *p1,*p2;

i=LocateVex(*G,v); // 弧尾的序号 
 j=LocateVex(*G,w); // 弧头的序号 
 if(i<0||j<0||i==j)
  return 0;
 p2=(*G). xlist[i].firstout; // 将弧结点从出弧链表中删去 
 if(p2&&p2->headvex==j) // 第1个结点为待删除结点 
  (*G). xlist[i].firstout=p2->tlink;
 else
 {
  while(p2&&p2->headvex!=j) // 向后找 
  {
   p1=p2;
   p2=p2->tlink;
  }
  if(p2) // 没到表尾 
   p1->tlink=p2->tlink;
 }
 p2=(*G). xlist[j].firstin; // 将弧结点从入弧链表中删去 
 if(p2&&p2->tailvex==i)
  (*G). xlist[j].firstin=p2->hlink;
 else
 {
  while(p2&&p2->tailvex!=i)
  {
   p1=p2;
   p2=p2->hlink;
  }
  if(p2) // 没到表尾 
   p1->hlink=p2->hlink;
 }
 if(p2->info) // 释放弧结点 
  free(p2->info);
 free(p2);
 (*G). arcnum--; // 弧数减1

return 1;
}

int visited[MAX_VERTEX_NUM]; // 访问标志数组 
int(*VisitFunc)(VertexType); // 函数变量

void DFS(OLGraph G,int i) // DFSTraverse()调用 
{
 ArcBox *p;
 visited[i]=1; // 访问标志数组置1(已被访问) 
 VisitFunc(G.xlist[i].data); // 遍历第i个顶点 
 p=G.xlist[i].firstout; // p指向第i个顶点的出度 
 while(p&&visited[p->headvex]) // p没到表尾且该弧的头顶点已被访问 
  p=p->tlink; // 查找下一个结点 
 if(p&&!visited[p->headvex]) // 该弧的头顶点未被访问 
  DFS(G,p->headvex); // 递归调用DFS() 
}

//  从第1个顶点起,按深度优先递归遍历有向图G,并对每个顶点调用函数Visit
void DFSTraverse(OLGraph G,int(*Visit)(VertexType))
{ 
 int i;
 for(i=0;i<G.vexnum;i++)
  visited[i]=0; // 访问标志数组置初值(未被访问) 
 VisitFunc=Visit;
 for(i=0;i<G.vexnum;i++) // 由序号0开始,继续查找未被访问过的顶点 
  if(!visited[i])
   DFS(G,i);
 
 printf("\n");
}

// 构造一个空队列Q
int InitQueue(SqQueue *Q)
{ 
 //给队头队尾指针分配空间，并置空
 (*Q).base=(QElemType *)malloc(MAXQSIZE*sizeof(QElemType));
 //这里的Q.base相当于一个数组头
 if(!(*Q).base) // 存储分配失败 
  exit(0);
 (*Q).front=(*Q).rear=0; //下标初始化为0
 return 1;
}

// 若队列Q为空队列,则返回1,否则返回0 
int QueueEmpty(SqQueue Q)
{
 if(Q.front==Q.rear) // 队列空的标志 
  return 1;
 else
  return 0;
}

// 插入元素e为Q的新的队尾元素 
int EnQueue(SqQueue *Q,QElemType e)
{
 if(((*Q).rear+1)%MAXQSIZE==(*Q).front) // 队列满 
  return 0;
 (*Q).base[(*Q).rear]=e;
 (*Q).rear=((*Q).rear+1)%MAXQSIZE;
 return 1;
}

// 若队列不空,则删除Q的队头元素,用e返回其值,并返回1;否则返回0 
int DeQueue(SqQueue *Q,QElemType *e)
{ 
 if((*Q).front==(*Q).rear) // 队列空 
  return 0;
 *e=(*Q).base[(*Q).front];
 (*Q).front=((*Q).front+1)%MAXQSIZE;
 return 1;
}

// 从第1个顶点起,按广度优先非递归遍历有向图G,并对每个顶点调用 
// 函数Visit,使用辅助队列Q和访问标志数组visited 
void BFSTraverse(OLGraph G,int(*Visit)(VertexType))
{ 
 int v,u,w;
 VertexType u1,w1;
 SqQueue Q;

for(v=0;v<G.vexnum;v++)
  visited[v]=0;
 InitQueue(&Q);
 for(v=0;v<G.vexnum;v++)
  if(!visited[v])
  {
   visited[v]=1;
   Visit(G.xlist[v].data);
   EnQueue(&Q,v);
   while(!QueueEmpty(Q))
   {
    DeQueue(&Q,&u);
    strcpy(u1,*GetVex(G,u));
    for(w = FirstAdjVex(G,u1); w >= 0;
      w = NextAdjVex(G,u1,strcpy(w1,*GetVex(G,w))))
     if(!visited[w]) // w为u的尚未访问的邻接顶点的序号 
     {
      visited[w]=1;
      Visit(G.xlist[w].data);
      EnQueue(&Q,w);
     }
   }
  }
  printf("\n");
}

// 输出有向图G
void Display(OLGraph G)
{  
 int i;
 ArcBox *p;
 printf("共%d个顶点,%d条弧:\n",G.vexnum,G.arcnum);
 for(i=0;i<G.vexnum;i++)
 {
  printf("顶点%s: 入度: ",G.xlist[i].data);
  p=G.xlist[i].firstin;
  while(p)
  {
   printf("%s ",G.xlist[p->tailvex].data);
   p=p->hlink;
  }
  printf("出度: ");
  p=G.xlist[i].firstout;
  while(p)
  {
   printf("%s ",G.xlist[p->headvex].data);
   if(p->info) // 该弧有相关信息 
    printf("弧信息: %s ",p->info);
   p=p->tlink;
  }
  printf("\n");
 }
}

int visit(VertexType v)
{
 printf("%s ",v);
 
 return 1;
}

int main()
{
 int j,k,n;
 OLGraph g;
 VertexType v1,v2;

CreateDG(&g);
 Display(g);

printf("修改顶点的值，请输入原值 新值: ");
 scanf("%s%s",v1,v2);
 PutVex(&g,v1,v2);
 printf("插入新顶点，请输入顶点的值: ");
 scanf("%s",v1);
 InsertVex(&g,v1);
 printf("插入与新顶点有关的弧，请输入弧数: ");
 scanf("%d",&n);
 for(k=0;k<n;k++)
 {
  printf("请输入另一顶点的值 另一顶点的方向(0:弧头 1:弧尾): ");
  scanf("%s%d",v2,&j);
  if(j)
   InsertArc(&g,v2,v1);
  else
   InsertArc(&g,v1,v2);
 }
 Display(g);
 printf("删除一条弧，请输入待删除弧的弧尾 弧头：");
 scanf("%s%s",v1,v2);
 DeleteArc(&g,v1,v2);
 Display(g);
 printf("删除顶点及相关的弧，请输入顶点的值: ");
 scanf("%s",v1);
 DeleteVex(&g,v1);
 Display(g);

printf("深度优先搜索的结果:\n");
 DFSTraverse(g,visit);
 
 printf("广度优先搜索的结果:\n");
 BFSTraverse(g,visit);

DestroyGraph(&g);
 
 system("pause");
 return 0;
}
/*
输出效果：

请输入有向图的顶点数,弧数,弧是否含其它信息(是:1，否:0):(空格) 3 2 0
请输入3个顶点的值(<5个字符):
a
b
c
请输入2条弧的弧尾和弧头(空格为间隔):
a b
a c
共3个顶点,2条弧:
顶点a: 入度: 出度: c b
顶点b: 入度: a 出度:
顶点c: 入度: a 出度:
修改顶点的值，请输入原值 新值: a d
插入新顶点，请输入顶点的值: e
插入与新顶点有关的弧，请输入弧数: 1
请输入另一顶点的值 另一顶点的方向(0:弧头 1:弧尾): b 1
要插入的弧是否含有其它信息(是: 1,否: 0): 0
共4个顶点,3条弧:
顶点d: 入度: 出度: c b
顶点b: 入度: d 出度: e
顶点c: 入度: d 出度:
顶点e: 入度: b 出度:
删除一条弧，请输入待删除弧的弧尾 弧头：b e
共4个顶点,2条弧:
顶点d: 入度: 出度: c b
顶点b: 入度: d 出度:
顶点c: 入度: d 出度:
顶点e: 入度: 出度:
删除顶点及相关的弧，请输入顶点的值: e
共3个顶点,2条弧:
顶点d: 入度: 出度: c b
顶点b: 入度: d 出度:
顶点c: 入度: d 出度:
深度优先搜索的结果:
d c b
广度优先搜索的结果:
d c b
请按任意键继续. . .

*/