数据结构之---C语言实现图的邻接表存储表示

// 图的数组（邻接矩阵)存储表示
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define MAX_NAME 3					// 顶点字符串的最大长度+1
#define MAX_VERTEX_NUM 20
typedef int InfoType;				// 存放网的权值
typedef char VertexType[MAX_NAME];	// 字符串类型
typedef enum{DG, DN, AG, AN}GraphKind; // {有向图,有向网,无向图,无向网}
int visited[MAX_VERTEX_NUM];	// 訪问标志数组
void(*VisitFunc)(char* v);		// 函数变量

typedef struct ArcNode
{
	int adjvex;					// 该弧所指向的顶点的位置
	struct ArcNode *nextarc;	// 指向下一条弧的指针
	InfoType *info;				// 网的权值指针
}ArcNode;						// 表结点 

typedef struct VNode
{
	VertexType data;			// 顶点信息
	ArcNode *firstarc;			// 第一个表结点的地址,指向第一条依附该顶点的弧的指针
 }VNode, AdjList[MAX_VERTEX_NUM];// 头结点 

typedef struct
{
	AdjList vertices;
	int vexnum, arcnum;	// 图的当前顶点数和弧数
	int kind;			// 图的种类标志
}ALGraph;

typedef int QElemType; // 队列类型 

//单链队列－－队列的链式存储结构
typedef struct QNode
{
	QElemType data;		//数据域
	struct QNode *next;	//指针域
}QNode, *QueuePtr;

typedef struct
{
	QueuePtr front,	rear; //队头指针。指针域指向队头元素 队尾指针。指向队尾元素
}LinkQueue;

//定位功能
// 若G中存在顶点u,则返回该顶点在图中位置;否则返回-1。

int LocateVex(ALGraph G,VertexType u)
{
	int i;
	for(i=0;i<G.vexnum;++i)
		if(strcmp(u,G.vertices[i].data)==0)
			return i;
	return -1;
}

//创建图
// 採用邻接表存储结构,构造没有相关信息的图G(用一个函数构造4种图)。
int CreateGraph(ALGraph *G)
{
	int i,j,k;
	int w;		// 权值
	VertexType va,vb;
	ArcNode *p;
	printf("请输入图的类型(有向图:0, 有向网:1, 无向图:2, 无向网:3): \n");
	scanf("%d", &(*G).kind);
	printf("请输入图的顶点数和边数:（空格）\n");
	scanf("%d%d", &(*G).vexnum, &(*G).arcnum);
	printf("请输入%d个顶点的值(<%d个字符):\n",(*G).vexnum,MAX_NAME);
	for(i = 0; i < (*G).vexnum; ++i)						// 构造顶点向量
	{
		scanf("%s", (*G).vertices[i].data);
		(*G).vertices[i].firstarc = NULL;
	}
	if((*G).kind == 1 || (*G).kind == 3) 				// 网
		printf("请顺序输入每条弧(边)的权值、弧尾和弧头(以空格作为间隔):\n");
	else 											// 图
		printf("请顺序输入每条弧(边)的弧尾和弧头(以空格作为间隔):\n");
	for(k = 0;k < (*G).arcnum; ++k)				// 构造表结点链表
	{
		if((*G).kind==1||(*G).kind==3) 				// 网
			scanf("%d%s%s",&w,va,vb);
		else										// 图
			scanf("%s%s",va,vb);
		i = LocateVex(*G,va); 						// 弧尾
		j = LocateVex(*G,vb); 						// 弧头
		p = (ArcNode*)malloc(sizeof(ArcNode));
		p->adjvex = j;
		if((*G).kind == 1 || (*G).kind == 3) 			// 网
		{
			p->info = (int *)malloc(sizeof(int));
			*(p->info) = w;
		}
		else
			p->info = NULL; // 图
		p->nextarc = (*G).vertices[i].firstarc; // 插在表头
		(*G).vertices[i].firstarc = p;
		if((*G).kind >= 2) // 无向图或网,产生第二个表结点
		{
			p = (ArcNode*)malloc(sizeof(ArcNode));
			p->adjvex = i;
			if((*G).kind == 3) // 无向网
			{
				p->info = (int*)malloc(sizeof(int));
				*(p->info) = w;
			}
			else
				p->info = NULL; // 无向图
			p->nextarc = (*G).vertices[j].firstarc; // 插在表头
			(*G).vertices[j].firstarc = p;
		}
	}
	return 1;
}

// 销毁图G
void DestroyGraph(ALGraph *G)
{
	int i;
	ArcNode *p,*q;
	for(i = 0;i < (*G).vexnum; ++i)
	{
		p = (*G).vertices[i].firstarc;
		while(p)
		{
			q = p->nextarc;
			if((*G).kind%2) // 网
				free(p->info);
			free(p);
			p=q;
		}
	}
	(*G).vexnum=0;
	(*G).arcnum=0;
 }

// 返回v的值。

VertexType* GetVex(ALGraph G, int v)
{
	if(v>=G.vexnum||v<0)
		exit(0);
	return &G.vertices[v].data;
}

// 对v赋新值value。
int PutVex(ALGraph *G,VertexType v,VertexType value)
{
	int i;
	i=LocateVex(*G,v);
	if(i > -1) // v是G的顶点
	{
		strcpy((*G).vertices[i].data,value);
		return 1;
	}
	return 0;
}

// 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(ALGraph G,VertexType v)
{
	ArcNode *p;
	int v1;

	v1 = LocateVex(G,v); // v1为顶点v在图G中的序号
	p = G.vertices[v1].firstarc;
	if(p)
		return p->adjvex;
	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
// 邻接点,	则返回-1。
int NextAdjVex(ALGraph G,VertexType v,VertexType w)
{
	ArcNode *p;
	int v1,w1;

	v1 = LocateVex(G,v); // v1为顶点v在图G中的序号
	w1 = LocateVex(G,w); // w1为顶点w在图G中的序号
	p = G.vertices[v1].firstarc;
	while(p&&p->adjvex != w1) // 指针p不空且所指表结点不是w
		p = p->nextarc;
	if(!p||!p->nextarc) // 没找到w或w是最后一个邻接点
		return -1;
	else // p->adjvex==w
		// 返回v的(相对于w的)下一个邻接顶点的序号
		return p->nextarc->adjvex;
}

// 在图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(ALGraph *G,VertexType v)
{
	strcpy((*G).vertices[(*G).vexnum].data,v); // 构造新顶点向量
	(*G).vertices[(*G).vexnum].firstarc=NULL;
	(*G).vexnum++; // 图G的顶点数加1
}

// 删除G中顶点v及其相关的弧。
int DeleteVex(ALGraph *G,VertexType v)
{
	int i,j;
	ArcNode *p,*q;

	j=LocateVex(*G,v);	// j是顶点v的序号
	if(j < 0 )			// v不是图G的顶点
		return 0;
	p = (*G).vertices[j].firstarc;	// 删除以v为出度的弧或边
	while( p )
	{
		q = p;
		p = p->nextarc;
		if((*G).kind % 2)	// 网
			free(q->info);
		free(q);
		(*G).arcnum--;		// 弧或边数减1
	}
	(*G).vexnum--;	// 顶点数减1
	for(i = j; i < (*G).vexnum; i++)	// 顶点v后面的顶点前移
		(*G).vertices[i] = (*G).vertices[i+1];
	// 删除以v为入度的弧或边且必要时改动表结点的顶点位置值
	for(i = 0; i < (*G).vexnum; i++)
	{
		p = (*G).vertices[i].firstarc; // 指向第1条弧或边
		while(p) // 有弧
		{
			if(p->adjvex == j)		// 是以v为入度的边。
			{
				if(p == (*G).vertices[i].firstarc) // 待删结点是第1个结点
				{
					(*G).vertices[i].firstarc = p->nextarc;
					if((*G).kind % 2)	// 网
						free(p->info);
					free(p);
					p = (*G).vertices[i].firstarc;
					if((*G).kind < 2)	// 有向
						(*G).arcnum--;	// 弧或边数减1
				}
				else
				{
					q->nextarc = p->nextarc;
					if((*G).kind%2)	// 网
						free(p->info);
					free(p);
					p = q->nextarc;
					if((*G).kind < 2)	// 有向
						(*G).arcnum--;	// 弧或边数减1
				}
			}
			else
			{
				if(p->adjvex > j)
					p->adjvex--; // 改动表结点的顶点位置值(序号)
				q = p;
				p = p->nextarc;
			}
		}
	}
	return 1;
}

// 在G中增添弧<v,w>,若G是无向的,则还增添对称弧<w,v>。

int InsertArc(ALGraph *G,VertexType v, VertexType w)
{
	ArcNode *p;
	int w1,i,j;
	i=LocateVex(*G,v); // 弧尾或边的序号
	j=LocateVex(*G,w); // 弧头或边的序号
	if(i < 0 || j < 0)
		return 0;
	(*G).arcnum++;	// 图G的弧或边的数目加1
	if((*G).kind%2) // 网
	{
		printf("请输入弧(边)%s→%s的权值: ",v,w);
		scanf("%d",&w1);
	}
	p=(ArcNode*)malloc(sizeof(ArcNode));
	p->adjvex=j;
	if((*G).kind%2) // 网
	{
		p->info=(int*)malloc(sizeof(int));
		*(p->info)=w1;
	}
	else
		p->info = NULL;
	p->nextarc = (*G).vertices[i].firstarc; // 插在表头
	(*G).vertices[i].firstarc = p;
	if((*G).kind >= 2)	// 无向,生成还有一个表结点
	{
		p = (ArcNode*)malloc(sizeof(ArcNode));
		p->adjvex = i;
		if((*G).kind == 3) // 无向网
		{
			p->info = (int*)malloc(sizeof(int));
			*(p->info) = w1;
		}
		else
			p->info=NULL;
		p->nextarc=(*G).vertices[j].firstarc; // 插在表头
		(*G).vertices[j].firstarc=p;
	}
	return 1;
}

// 在G中删除弧<v,w>,若G是无向的,则还删除对称弧<w,v>。
int DeleteArc(ALGraph *G,VertexType v,VertexType w)
{
	ArcNode *p,*q;
	int i,j;
	i = LocateVex(*G,v); // i是顶点v(弧尾)的序号
	j = LocateVex(*G,w); // j是顶点w(弧头)的序号
	if(i < 0 || j < 0 || i == j)
		return 0;
	p=(*G).vertices[i].firstarc; // p指向顶点v的第一条出弧
	while(p&&p->adjvex!=j) // p不空且所指之弧不是待删除弧<v,w>
	{ // p指向下一条弧
		q=p;
		p=p->nextarc;
	}
	if(p&&p->adjvex==j) // 找到弧<v,w>
	{
		if(p==(*G).vertices[i].firstarc) // p所指是第1条弧
			(*G).vertices[i].firstarc=p->nextarc; // 指向下一条弧
		else
			q->nextarc=p->nextarc; // 指向下一条弧
		if((*G).kind%2) // 网
			free(p->info);
		free(p); // 释放此结点
		(*G).arcnum--; // 弧或边数减1
	}
	if((*G).kind>=2) // 无向,删除对称弧<w,v>
	{
		p=(*G).vertices[j].firstarc; // p指隙サ鉾的第一条出弧
		while(p&&p->adjvex!=i) // p不空且所指之弧不是待删除弧<w,v>
		{ // p指向下一条弧
			q=p;
			p=p->nextarc;
		}
		if(p&&p->adjvex==i) // 找到弧<w,v>
		{
			if(p==(*G).vertices[j].firstarc) // p所指是第1条弧
				(*G).vertices[j].firstarc=p->nextarc; // 指向下一条弧
			else
				q->nextarc=p->nextarc; // 指向下一条弧
			if((*G).kind==3) // 无向网
				free(p->info);
			free(p); // 释放此结点
		}
	}
	return 1;
}

//	从第v个顶点出发递归地深度优先遍历图G。
void DFS(ALGraph G,int v)
{
	int w;
	VertexType v1,w1;

	strcpy(v1,*GetVex(G,v));
	visited[v] = 1;	// 设置訪问标志为1(已訪问)
	VisitFunc(G.vertices[v].data); // 訪问第v个顶点
	for(w = FirstAdjVex(G,v1); w >= 0;
		w = NextAdjVex(G,v1,strcpy(w1,*GetVex(G,w))))
		if(!visited[w])
			DFS(G,w);	// 对v的尚未訪问的邻接点w递归调用DFS
}

//	对图G作深度优先遍历。

void DFSTraverse(ALGraph G,void(*Visit)(char*))
{
	int v;
	// 使用全局变量VisitFunc,使DFS不必设函数指针參数
	VisitFunc = Visit; 

	for(v = 0; v < G.vexnum; v++)
		visited[v] = 0;	// 訪问标志数组初始化
	for(v = 0; v < G.vexnum; v++)
		if(!visited[v])
			DFS(G,v);		// 对尚未訪问的顶点调用DFS
		printf("\n");
}

//	构造一个空队列Q。

int InitQueue(LinkQueue *Q)
{
	(*Q).front = (*Q).rear = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));	//动态分配一个空间
	if(!(*Q).front)
		exit(0);
	(*Q).front->next = NULL;	//队头指针指向空。无数据域，这样构成了一个空队列
	return 1;
}

// 	插入元素e为Q的新的队尾元素。

int EnQueue(LinkQueue *Q, QElemType e)
{
	QueuePtr p = (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));
	if( !p )	// 存储分配失败
		exit(0);
	// 生成一个以为e为数据域的队列元素
	p->data = e;
	p->next = NULL;
	//将该新队列元素接在队尾的后面
	(*Q).rear->next = p;
	(*Q).rear = p;
	return 1;
}

// 	若队列不空,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(LinkQueue *Q,QElemType *e)
{
	QueuePtr p;
	if((*Q).front==(*Q).rear)
		return 0;
	p=(*Q).front->next;	//队头元素
	*e=p->data;
	(*Q).front->next=p->next;
	if((*Q).rear==p)
		(*Q).rear=(*Q).front;
	free(p);
	return 1;
}

//	若Q为空队列,则返回1,否则返回0。

int QueueEmpty(LinkQueue Q)
{
	if(Q.front == Q.rear)
		return 1;
	else
		return 0;
}

//按广度优先遍历图G。使用辅助队列Q和訪问标志数组visited。
void BFSTraverse(ALGraph G,void(*Visit)(char*))
{
	int v,u,w;
	VertexType u1,w1;
	LinkQueue Q;

	for(v = 0; v < G.vexnum; ++v)
		visited[v]=0;	// 置初值
	InitQueue(&Q);			// 置空的辅助队列Q
	for(v = 0; v < G.vexnum; v++)	// 假设是连通图,仅仅v=0就遍历全图
		if(!visited[v])				// v尚未訪问
		{
			visited[v]=1;
			Visit(G.vertices[v].data);
			EnQueue(&Q,v);			// v入队列
			while(!QueueEmpty(Q))	// 队列不空
			{
				DeQueue(&Q,&u);		// 队头元素出队并置为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的尚未訪问的邻接顶点
					{
						visited[w] = 1;
						Visit(G.vertices[w].data);
						EnQueue(&Q,w);	// w入队
					}
			}
		}
		printf("\n");
}

//	输出图的邻接表G。
void Display(ALGraph G)
{
	int i;
	ArcNode *p;

	switch(G.kind)
	{
	case DG: printf("有向图\n");
		break;
	case DN: printf("有向网\n");
		break;
	case AG: printf("无向图\n");
		break;
	case AN: printf("无向网\n");
	}
	printf("%d个顶点：\n",G.vexnum);
	for(i = 0; i < G.vexnum; ++i)
		printf("%s ",G.vertices[i].data);
	printf("\n%d条弧(边):\n", G.arcnum);
	for(i = 0; i < G.vexnum; i++)
	{
		p = G.vertices[i].firstarc;
		while(p)
		{
			if(G.kind <= 1) // 有向
			{
				printf("%s→%s ",G.vertices[i].data,
					G.vertices[p->adjvex].data);
				if(G.kind == DN) // 网
					printf(":%d ", *(p->info));
			}
			else	// 无向(避免输出两次)
			{
				if(i < p->adjvex)
				{
					printf("%s－%s ",G.vertices[i].data,
						G.vertices[p->adjvex].data);
					if(G.kind == AN)	// 网
						printf(":%d ",*(p->info));
				}
			}
			p=p->nextarc;
		}
		printf("\n");
	}
}

void print(char *i)
{
	printf("%s ",i);
}

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

	printf("请选择有向图\n");
	CreateGraph(&g);
	Display(g);

	printf("删除一条边或弧，请输入待删除边或弧的弧尾 弧头：\n");
	scanf("%s%s",v1,v2);
	DeleteArc(&g,v1,v2);
	Display(g);

	printf("改动顶点的值。请输入原值 新值: ");
	scanf("%s%s",v1,v2);
	PutVex(&g,v1,v2);
	Display(g);

	printf("插入新顶点。请输入顶点的值: ");
	scanf("%s",v1);
	InsertVex(&g,v1);
	Display(g);

	printf("插入与新顶点有关的弧或边，请输入弧或边数目: ");
	scanf("%d",&n);
	for(k=0;k<n;k++)
	{
		printf("请输入还有一顶点的值: ");
		scanf("%s",v2);
		printf("对于有向图，请输入还有一顶点的方向(0:弧头 1:弧尾): ");
		scanf("%d",&j);
		if(j)
			InsertArc(&g,v2,v1);
		else
			InsertArc(&g,v1,v2);
	}
	Display(g);

	printf("删除顶点及相关的弧或边，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,print);

	printf("广度优先搜索的结果:\n");
	BFSTraverse(g,print);
	DestroyGraph(&g);

	system("pause");
	return 0;
}

效果：