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Co-authored-by: krahets <krahets@163.com>

ja/codes/cpp/chapter_graph/graph_adjacency_list.cpp

@@ -0,0 +1,90 @@
+/**
+ * File: graph_adjacency_list.cpp
+ * Created Time: 2023-02-09
+ * Author: what-is-me (whatisme@outlook.jp), krahets (krahets@163.com)
+ */
+
+#include "../utils/common.hpp"
+
+/* 隣接リストに基づく無向グラフクラス */
+class GraphAdjList {
+  public:
+    // 隣接リスト、キー：頂点、値：その頂点のすべての隣接頂点
+    unordered_map<Vertex *, vector<Vertex *>> adjList;
+
+    /* ベクターから指定されたノードを削除 */
+    void remove(vector<Vertex *> &vec, Vertex *vet) {
+        for (int i = 0; i < vec.size(); i++) {
+            if (vec[i] == vet) {
+                vec.erase(vec.begin() + i);
+                break;
+            }
+        }
+    }
+
+    /* コンストラクタ */
+    GraphAdjList(const vector<vector<Vertex *>> &edges) {
+        // すべての頂点と辺を追加
+        for (const vector<Vertex *> &edge : edges) {
+            addVertex(edge[0]);
+            addVertex(edge[1]);
+            addEdge(edge[0], edge[1]);
+        }
+    }
+
+    /* 頂点数を取得 */
+    int size() {
+        return adjList.size();
+    }
+
+    /* 辺を追加 */
+    void addEdge(Vertex *vet1, Vertex *vet2) {
+        if (!adjList.count(vet1) || !adjList.count(vet2) || vet1 == vet2)
+            throw invalid_argument("Vertex does not exist");
+        // 辺 vet1 - vet2 を追加
+        adjList[vet1].push_back(vet2);
+        adjList[vet2].push_back(vet1);
+    }
+
+    /* 辺を削除 */
+    void removeEdge(Vertex *vet1, Vertex *vet2) {
+        if (!adjList.count(vet1) || !adjList.count(vet2) || vet1 == vet2)
+            throw invalid_argument("Vertex does not exist");
+        // 辺 vet1 - vet2 を削除
+        remove(adjList[vet1], vet2);
+        remove(adjList[vet2], vet1);
+    }
+
+    /* 頂点を追加 */
+    void addVertex(Vertex *vet) {
+        if (adjList.count(vet))
+            return;
+        // 隣接リストに新しい連結リストを追加
+        adjList[vet] = vector<Vertex *>();
+    }
+
+    /* 頂点を削除 */
+    void removeVertex(Vertex *vet) {
+        if (!adjList.count(vet))
+            throw invalid_argument("Vertex does not exist");
+        // 隣接リストから頂点vetに対応する連結リストを削除
+        adjList.erase(vet);
+        // 他の頂点の連結リストを走査し、vetを含むすべての辺を削除
+        for (auto &adj : adjList) {
+            remove(adj.second, vet);
+        }
+    }
+
+    /* 隣接リストを印刷 */
+    void print() {
+        cout << "隣接リスト =" << endl;
+        for (auto &adj : adjList) {
+            const auto &key = adj.first;
+            const auto &vec = adj.second;
+            cout << key->val << ": ";
+            printVector(vetsToVals(vec));
+        }
+    }
+};
+
+// テストケースはgraph_adjacency_list_test.cppを参照

ja/codes/cpp/chapter_graph/graph_adjacency_matrix.cpp

@@ -0,0 +1,127 @@
+/**
+ * File: graph_adjacency_matrix.cpp
+ * Created Time: 2023-02-09
+ * Author: what-is-me (whatisme@outlook.jp)
+ */
+
+#include "../utils/common.hpp"
+
+/* 隣接行列に基づく無向グラフクラス */
+class GraphAdjMat {
+    vector<int> vertices;       // 頂点リスト、要素は「頂点値」を表し、インデックスは「頂点インデックス」を表す
+    vector<vector<int>> adjMat; // 隣接行列、行と列のインデックスは「頂点インデックス」に対応
+
+  public:
+    /* コンストラクタ */
+    GraphAdjMat(const vector<int> &vertices, const vector<vector<int>> &edges) {
+        // 頂点を追加
+        for (int val : vertices) {
+            addVertex(val);
+        }
+        // 辺を追加
+        // 辺の要素は頂点インデックスを表す
+        for (const vector<int> &edge : edges) {
+            addEdge(edge[0], edge[1]);
+        }
+    }
+
+    /* 頂点数を取得 */
+    int size() const {
+        return vertices.size();
+    }
+
+    /* 頂点を追加 */
+    void addVertex(int val) {
+        int n = size();
+        // 頂点リストに新しい頂点値を追加
+        vertices.push_back(val);
+        // 隣接行列に行を追加
+        adjMat.emplace_back(vector<int>(n, 0));
+        // 隣接行列に列を追加
+        for (vector<int> &row : adjMat) {
+            row.push_back(0);
+        }
+    }
+
+    /* 頂点を削除 */
+    void removeVertex(int index) {
+        if (index >= size()) {
+            throw out_of_range("Vertex does not exist");
+        }
+        // 頂点リストから`index`の頂点を削除
+        vertices.erase(vertices.begin() + index);
+        // 隣接行列から`index`の行を削除
+        adjMat.erase(adjMat.begin() + index);
+        // 隣接行列から`index`の列を削除
+        for (vector<int> &row : adjMat) {
+            row.erase(row.begin() + index);
+        }
+    }
+
+    /* 辺を追加 */
+    // パラメータi、jは頂点要素のインデックスに対応
+    void addEdge(int i, int j) {
+        // インデックス範囲外と等価性を処理
+        if (i < 0 || j < 0 || i >= size() || j >= size() || i == j) {
+            throw out_of_range("Vertex does not exist");
+        }
+        // 無向グラフでは、隣接行列は主対角線について対称、即ち(i, j) == (j, i)を満たす
+        adjMat[i][j] = 1;
+        adjMat[j][i] = 1;
+    }
+
+    /* 辺を削除 */
+    // パラメータi、jは頂点要素のインデックスに対応
+    void removeEdge(int i, int j) {
+        // インデックス範囲外と等価性を処理
+        if (i < 0 || j < 0 || i >= size() || j >= size() || i == j) {
+            throw out_of_range("Vertex does not exist");
+        }
+        adjMat[i][j] = 0;
+        adjMat[j][i] = 0;
+    }
+
+    /* 隣接行列を印刷 */
+    void print() {
+        cout << "頂点リスト = ";
+        printVector(vertices);
+        cout << "隣接行列 =" << endl;
+        printVectorMatrix(adjMat);
+    }
+};
+
+/* ドライバーコード */
+int main() {
+    /* 無向グラフを初期化 */
+    // 辺の要素は頂点インデックスを表す
+    vector<int> vertices = {1, 3, 2, 5, 4};
+    vector<vector<int>> edges = {{0, 1}, {0, 3}, {1, 2}, {2, 3}, {2, 4}, {3, 4}};
+    GraphAdjMat graph(vertices, edges);
+    cout << "\n初期化後、グラフは" << endl;
+    graph.print();
+
+    /* 辺を追加 */
+    // 頂点1、2のインデックスはそれぞれ0、2
+    graph.addEdge(0, 2);
+    cout << "\n辺 1-2 を追加後、グラフは" << endl;
+    graph.print();
+
+    /* 辺を削除 */
+    // 頂点1、3のインデックスはそれぞれ0、1
+    graph.removeEdge(0, 1);
+    cout << "\n辺 1-3 を削除後、グラフは" << endl;
+    graph.print();
+
+    /* 頂点を追加 */
+    graph.addVertex(6);
+    cout << "\n頂点 6 を追加後、グラフは" << endl;
+    graph.print();
+
+    /* 頂点を削除 */
+    // 頂点3のインデックスは1
+    graph.removeVertex(1);
+    cout << "\n頂点 3 を削除後、グラフは" << endl;
+    graph.print();
+
+    return 0;
+}

ja/codes/cpp/chapter_graph/graph_bfs.cpp

@@ -0,0 +1,59 @@
+/**
+ * File: graph_bfs.cpp
+ * Created Time: 2023-03-02
+ * Author: krahets (krahets@163.com)
+ */
+
+#include "../utils/common.hpp"
+#include "./graph_adjacency_list.cpp"
+
+/* 幅優先走査 */
+// 隣接リストを使用してグラフを表現し、指定された頂点のすべての隣接頂点を取得
+vector<Vertex *> graphBFS(GraphAdjList &graph, Vertex *startVet) {
+    // 頂点走査順序
+    vector<Vertex *> res;
+    // ハッシュセット、訪問済み頂点を記録するために使用
+    unordered_set<Vertex *> visited = {startVet};
+    // BFSを実装するために使用されるキュー
+    queue<Vertex *> que;
+    que.push(startVet);
+    // 頂点vetから開始し、すべての頂点が訪問されるまでループ
+    while (!que.empty()) {
+        Vertex *vet = que.front();
+        que.pop();          // キューの先頭の頂点をデキュー
+        res.push_back(vet); // 訪問済み頂点を記録
+        // その頂点のすべての隣接頂点を走査
+        for (auto adjVet : graph.adjList[vet]) {
+            if (visited.count(adjVet))
+                continue;            // すでに訪問済みの頂点をスキップ
+            que.push(adjVet);        // 未訪問の頂点のみをエンキュー
+            visited.emplace(adjVet); // 頂点を訪問済みとしてマーク
+        }
+    }
+    // 頂点走査順序を返す
+    return res;
+}
+
+/* ドライバーコード */
+int main() {
+    /* 無向グラフを初期化 */
+    vector<Vertex *> v = valsToVets({0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9});
+    vector<vector<Vertex *>> edges = {{v[0], v[1]}, {v[0], v[3]}, {v[1], v[2]}, {v[1], v[4]},
+                                      {v[2], v[5]}, {v[3], v[4]}, {v[3], v[6]}, {v[4], v[5]},
+                                      {v[4], v[7]}, {v[5], v[8]}, {v[6], v[7]}, {v[7], v[8]}};
+    GraphAdjList graph(edges);
+    cout << "\n初期化後、グラフは\n";
+    graph.print();
+
+    /* 幅優先走査 */
+    vector<Vertex *> res = graphBFS(graph, v[0]);
+    cout << "\n幅優先走査（BFS）の頂点順序は" << endl;
+    printVector(vetsToVals(res));
+
+    // メモリを解放
+    for (Vertex *vet : v) {
+        delete vet;
+    }
+
+    return 0;
+}

ja/codes/cpp/chapter_graph/graph_dfs.cpp

@@ -0,0 +1,55 @@
+/**
+ * File: graph_dfs.cpp
+ * Created Time: 2023-03-02
+ * Author: krahets (krahets@163.com)
+ */
+
+#include "../utils/common.hpp"
+#include "./graph_adjacency_list.cpp"
+
+/* 深さ優先走査ヘルパー関数 */
+void dfs(GraphAdjList &graph, unordered_set<Vertex *> &visited, vector<Vertex *> &res, Vertex *vet) {
+    res.push_back(vet);   // 訪問済み頂点を記録
+    visited.emplace(vet); // 頂点を訪問済みとしてマーク
+    // その頂点のすべての隣接頂点を走査
+    for (Vertex *adjVet : graph.adjList[vet]) {
+        if (visited.count(adjVet))
+            continue; // すでに訪問済みの頂点をスキップ
+        // 隣接頂点を再帰的に訪問
+        dfs(graph, visited, res, adjVet);
+    }
+}
+
+/* 深さ優先走査 */
+// 隣接リストを使用してグラフを表現し、指定された頂点のすべての隣接頂点を取得
+vector<Vertex *> graphDFS(GraphAdjList &graph, Vertex *startVet) {
+    // 頂点走査順序
+    vector<Vertex *> res;
+    // ハッシュセット、訪問済み頂点を記録するために使用
+    unordered_set<Vertex *> visited;
+    dfs(graph, visited, res, startVet);
+    return res;
+}
+
+/* ドライバーコード */
+int main() {
+    /* 無向グラフを初期化 */
+    vector<Vertex *> v = valsToVets(vector<int>{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6});
+    vector<vector<Vertex *>> edges = {{v[0], v[1]}, {v[0], v[3]}, {v[1], v[2]},
+                                      {v[2], v[5]}, {v[4], v[5]}, {v[5], v[6]}};
+    GraphAdjList graph(edges);
+    cout << "\n初期化後、グラフは" << endl;
+    graph.print();
+
+    /* 深さ優先走査 */
+    vector<Vertex *> res = graphDFS(graph, v[0]);
+    cout << "\n深さ優先走査（DFS）の頂点順序は" << endl;
+    printVector(vetsToVals(res));
+
+    // メモリを解放
+    for (Vertex *vet : v) {
+        delete vet;
+    }
+
+    return 0;
+}