大话数据结构:图

Posted by Viletyy on 2020-06-20 10:01

图(Graph)是由顶点的有穷非空集合和顶点之间边的集合组成,通常表示为:G(V,E),其中,G表示一个图,V是图G中顶点的集合,E是图G中边的集合

  • 在图中数据元素,我们称之为顶点(Vertex)
  • 在图结构中,不允许没有顶点。在定义中,若V是顶点的集合,则强调了顶点集合V有穷非空。
  • 在图中,任意两个顶点之间都可能有关系,顶点之间的逻辑关系用边来表示,边集可以是空的

无向边:若顶点vi到vj之间的边没有方向,则称这条边为无向边(Edge),用无序偶对(vi,vj)来表示。如果图中任意两个顶点之间的边都是无向边,则称该图为无向图(Undirected graphs)

有向边:若从顶点vi到vj的边有方向,则称这条边为有向边,也称为弧(Arc),用有序偶对<vi,vj>来表示,vi称为弧尾(Tail),vj称为弧头(Head)。如果图中任意两个顶点之间的边都是有向边,则称为该图为有向图(Directed graphs)

在图中,若不存在顶点到其自身的边,且同一边不重复出现,则称这样的图为简单图。

在无向图中,如果任意两个顶点之间都存在边,则称该图为无向完全图。

在有向图中,如果任意两个顶点都存在方向互为相反的两条弧,则称该图为有向完全图。

有很少条边或弧的图称为稀疏图,反之称为稠密图。

与图的边或弧相关的数叫做权(Weight)

这种带权的图通常称为网(Network)

假设有两个图G=(V,{E}) 和G’ = (V’,{E’}),如果V’⊆V,且E’⊆E,则称G’为G的子图(Subgraph)

图的顶点与边之间关系

对于无向图G=(V,{E}),如果边(v,v’)∊E,则顶点v和v’互为邻接点(Adjacent),即v和v’相邻接。边(v,v’)依附(incident)于顶点v和v’,或者说(v,v’)与顶点v和v’相关联。顶点v的度(Degree)是和v相关联的边的数目,记为TD(v)

对于有向图G=(V,{E}),如果弧<v,v’>∊E,则称顶点v邻接到顶点v’,顶点v’邻接自顶点v。弧<v,v’>和顶点v,v’相关联。以顶点v为头的弧的数目称为v的入度(InDegree),记为ID(v);以v为尾的弧的数目称为v的出度(OutDegree),记为OD(v);顶点v的度为TD(v)=ID(v)+OD(v)

无向图G=(V,{E})中从顶点v到顶点v’到路径(Path)是一个顶点序列(v=vi,0,vi,1, … , vi,m=v’)其中(vi,j-1,vi,j)∊E,1<=j<=m

路径的长度是路径上的边或弧的数目

第一个顶点到最后一个顶点相同的路径称为回路或环(Cycle)。序列中顶点不重复出现的路径称为简单路径。除了第一个顶点和最后一个顶点之外,其余顶点不重复出现的回路,称为简单回路或简单环

连通图相关术语

在无向图G中,如果从顶点v到顶点v’有路径,则称v和v’是连通的。如果对于图中任意两个顶点vi、vj∊E,vi和vj都是连通的,则称G是连通图(Connected Gragh)

无向图中的极大连通子图称为连通分量

  • 要是子图
  • 子图要是连通的
  • 连通子图含有极大顶点数
  • 具有极大顶点数的连通子图包含依附于这些顶点的所有边

在有向图G中,如果对于每一对vi、vj∊V、vi⧧vj,从vi到vj和vj到vi都存在路径,则称G是强连通图。有向图中的极大强连通子图称作有向图的强连通分量。

一个连通图的生成树是一个极小的连通子图,它含有图中全部的n个顶点,但只有足以构成一棵树的n-1条

如果一个有向图恰好有一个顶点的入度为0,其余顶点的入度均为1,则是一棵有向树。

一个有向图的生成森林由若干棵有向树组成,含有图中全部顶点,但只有足以构成若干棵不相交的有向树的弧。

图的定义与术语总结

图按照有无方向分为无向图和有向图。无向图由顶点和边构成,有向图由顶点弧构成。弧有弧尾和弧头之分。

图按照边或弧的多少分稀疏图和稠密图。如果任意两个顶点之间都存在边叫完全图,有向的叫有向完全图。若无重复的边或顶点到自身的边叫简单图。

图中顶点之间邻接点、依附的概念。无向图顶点的边数叫做度,有向图顶点分为入度和出度。

图上的边或弧上带权则称为网。

图中顶点存在路径,两顶点存在路径则说明是连通的,如果路径最终回到起始点则称为环,当中不重复叫简单路径。若任意两顶点都是连通的,则图就是连通图,有向则称强连通图。图中有子图,若子图极大连通则就是连通分量,有向的则称强连通分量。

无向图中连通且n个顶点n-1条边叫生成树。有向图中一顶点入度为0其余项点入度为1点叫有向树。一个有向图由若干棵有向树构成生成森林。

参考资料: