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2023-02-26 19:53:32 +08:00
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@@ -1649,6 +1649,8 @@ G & = \{ V, E \} \newline
\end{aligned}
\]</div>
<p><img alt="链表、树、图之间的关系" src="../graph.assets/linkedlist_tree_graph.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 链表、树、图之间的关系 </p>
<p>那么,图与其他数据结构的关系是什么?如果我们把「顶点」看作结点,把「边」看作连接各个结点的指针,则可将「图」看成一种从「链表」拓展而来的数据结构。<strong>相比线性关系(链表)和分治关系(树),网络关系(图)的自由度更高,也从而更为复杂</strong></p>
<h2 id="911">9.1.1. &nbsp; 图常见类型<a class="headerlink" href="#911" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p>根据边是否有方向,分为「无向图 Undirected Graph」和「有向图 Directed Graph」。</p>
@@ -1657,14 +1659,20 @@ G &amp; = \{ V, E \} \newline
<li>在有向图中,边是有方向的,即 <span class="arithmatex">\(A \rightarrow B\)</span><span class="arithmatex">\(A \leftarrow B\)</span> 两个方向的边是相互独立的,例如微博或抖音上的“关注”与“被关注”关系;</li>
</ul>
<p><img alt="有向图与无向图" src="../graph.assets/directed_graph.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 有向图与无向图 </p>
<p>根据所有顶点是否连通,分为「连通图 Connected Graph」和「非连通图 Disconnected Graph」。</p>
<ul>
<li>对于连通图,从某个顶点出发,可以到达其余任意顶点;</li>
<li>对于非连通图,从某个顶点出发,至少有一个顶点无法到达;</li>
</ul>
<p><img alt="连通图与非连通图" src="../graph.assets/connected_graph.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 连通图与非连通图 </p>
<p>我们可以给边添加“权重”变量,得到「有权图 Weighted Graph」。例如在王者荣耀等游戏中系统会根据共同游戏时间来计算玩家之间的“亲密度”这种亲密度网络就可以使用有权图来表示。</p>
<p><img alt="有权图与无权图" src="../graph.assets/weighted_graph.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 有权图与无权图 </p>
<h2 id="912">9.1.2. &nbsp; 图常用术语<a class="headerlink" href="#912" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<ul>
<li>「邻接 Adjacency」当两顶点之间有边相连时称此两顶点“邻接”。</li>
@@ -1677,6 +1685,8 @@ G &amp; = \{ V, E \} \newline
<p>设图的顶点数量为 <span class="arithmatex">\(n\)</span> ,「邻接矩阵 Adjacency Matrix」使用一个 <span class="arithmatex">\(n \times n\)</span> 大小的矩阵来表示图,每一行(列)代表一个顶点,矩阵元素代表边,使用 <span class="arithmatex">\(1\)</span><span class="arithmatex">\(0\)</span> 来表示两个顶点之间有边或无边。</p>
<p>如下图所示,记邻接矩阵为 <span class="arithmatex">\(M\)</span> 、顶点列表为 <span class="arithmatex">\(V\)</span> ,则矩阵元素 <span class="arithmatex">\(M[i][j] = 1\)</span> 代表着顶点 <span class="arithmatex">\(V[i]\)</span> 到顶点 <span class="arithmatex">\(V[j]\)</span> 之间有边,相反地 <span class="arithmatex">\(M[i][j] = 0\)</span> 代表两顶点之间无边。</p>
<p><img alt="图的邻接矩阵表示" src="../graph.assets/adjacency_matrix.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 图的邻接矩阵表示 </p>
<p>邻接矩阵具有以下性质:</p>
<ul>
<li>顶点不能与自身相连,因而邻接矩阵主对角线元素没有意义。</li>
@@ -1687,6 +1697,8 @@ G &amp; = \{ V, E \} \newline
<h3 id="_2">邻接表<a class="headerlink" href="#_2" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>「邻接表 Adjacency List」使用 <span class="arithmatex">\(n\)</span> 个链表来表示图,链表结点表示顶点。第 <span class="arithmatex">\(i\)</span> 条链表对应顶点 <span class="arithmatex">\(i\)</span> ,其中存储了所有与该顶点相连的顶点。</p>
<p><img alt="图的邻接表表示" src="../graph.assets/adjacency_list.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 图的邻接表表示 </p>
<p>邻接表仅存储存在的边,而边的总数往往远小于 <span class="arithmatex">\(n^2\)</span> ,因此更加节省空间。但是,因为在邻接表中需要通过遍历链表来查找边,所以其时间效率不如邻接矩阵。</p>
<p>观察上图发现,<strong>邻接表结构与哈希表「链地址法」非常相似,因此我们也可以用类似方法来优化效率</strong>。比如当链表较长时可以把链表转化为「AVL 树」,从而将时间效率从 <span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> 优化至 <span class="arithmatex">\(O(\log n)\)</span> ,还可以通过中序遍历获取有序序列;还可以将链表转化为 HashSet即哈希表将时间复杂度降低至 <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span></p>
<h2 id="914">9.1.4. &nbsp; 图常见应用<a class="headerlink" href="#914" title="Permanent link">&para;</a></h2>

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@@ -1661,6 +1661,8 @@
<h2 id="931">9.3.1. &nbsp; 广度优先遍历<a class="headerlink" href="#931" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p><strong>广度优先遍历优是一种由近及远的遍历方式,从距离最近的顶点开始访问,并一层层向外扩张</strong>。具体地,从某个顶点出发,先遍历该顶点的所有邻接顶点,随后遍历下个顶点的所有邻接顶点,以此类推……</p>
<p><img alt="图的广度优先遍历" src="../graph_traversal.assets/graph_bfs.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 图的广度优先遍历 </p>
<h3 id="_1">算法实现<a class="headerlink" href="#_1" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>BFS 常借助「队列」来实现。队列具有“先入先出”的性质,这与 BFS “由近及远”的思想是异曲同工的。</p>
<ol>
@@ -1878,6 +1880,8 @@
<h2 id="932">9.3.2. &nbsp; 深度优先遍历<a class="headerlink" href="#932" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p><strong>深度优先遍历是一种优先走到底、无路可走再回头的遍历方式</strong>。具体地,从某个顶点出发,不断地访问当前结点的某个邻接顶点,直到走到尽头时回溯,再继续走到底 + 回溯,以此类推……直至所有顶点遍历完成时结束。</p>
<p><img alt="图的深度优先遍历" src="../graph_traversal.assets/graph_dfs.png" /></p>
<p align="center"> Fig. 图的深度优先遍历 </p>
<h3 id="_3">算法实现<a class="headerlink" href="#_3" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>这种“走到头 + 回溯”的算法形式一般基于递归来实现。与 BFS 类似,在 DFS 中我们也需要借助一个哈希表 <code>visited</code> 来记录已被访问的顶点,以避免重复访问顶点。</p>
<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="3:10"><input checked="checked" id="__tabbed_3_1" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_2" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_3" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_4" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_5" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_6" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_7" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_8" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_9" name="__tabbed_3" type="radio" /><input id="__tabbed_3_10" name="__tabbed_3" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_3_1">Java</label><label for="__tabbed_3_2">C++</label><label for="__tabbed_3_3">Python</label><label for="__tabbed_3_4">Go</label><label for="__tabbed_3_5">JavaScript</label><label for="__tabbed_3_6">TypeScript</label><label for="__tabbed_3_7">C</label><label for="__tabbed_3_8">C#</label><label for="__tabbed_3_9">Swift</label><label for="__tabbed_3_10">Zig</label></div>