前向星+链式前向星 ——图的存储
一、前向星
1、
我们首先来看一下什么是前向星.
前向星是一种特殊的 边集 数组 ,我们把边集数组中的每一条边按照起点从小到大排序, 如果起点相同就按照终点从小到大排序,
并记录下以某个点为起点的所有边在数组中的起始位置和存储长度,那么前向星就构造好了.
用 len[i] 来记录所有以i为起点的边的个数
用 head[i] 记录以i为边集在数组中的第一个存储位置.
我们输入边的顺序为:
1 2
2 3
3 4
1 3
4 1
1 5
4 5
那么排完序后就得到:
编号: 1 2 3 4 5 6 7
起点u: 1 1 1 2 3 4 4
终点v: 2 3 5 3 4 1 5
得到:
head[1] = 1 len[1] = 3
head[2] = 4 len[2] = 1
head[3] = 5 len[3] = 1
head[4] = 6 len[4] = 2
2、前向星的 CODE
构建边的结构
struct NODE
{
int from; //起点
int to; //终点
bool operator < (const NODE & a) const
{
return (from == a.from&&to<a.to) || from<a.from;
}
};
初始化:
void Init()
{
for (int i = 0; i<m; ++i) //读入数据
cin >> edge[i].from >> edge[i].to;
sort(edge, edge + m); //排序
memset(head, -1, sizeof(head));
head[edge[0].from] = 0;
for (int i = 1; i<m; ++i)
if (edge[i].from != edge[i - 1].from) head[edge[i].from] = i;
}
对图的遍历:
void solve() //遍历整个图
{
for (int i = 0; i < n; ++i)
{
for (int k = head[i]; edge[k].from == i&&k<m; ++k)
{
cout << edge[k].from << " " << edge[k].to << endl;
}
}
}
3、
利用前向星,我们用 O(1) 的时间找到 以 i 为起点的第一条边 ,以 O(len[ i]) 的时间找到以 i 为起点的所有边
前向星适合用来优化稀疏图的深度优先搜索、广搜、单源最短路径(SPFA)
但对所有边按起点排序,以快排计算,至少需要 O(nlog(n)) 的复杂度
所有就引出 链式前向星
二、链式前向星
如果用链式前向星,就可以避免排序.
前向性的构造主要耗时在频繁的交换,如果将链表也引入前向星,则不用快排就可以实现同样的效果
我们建立边结构体为:
struct Edge
{
int next;
int to;
int w;
};
其中 edge[i].to——表示第 i 条边的终点,
edge[i].next ——表示与第 i 条边同起点的下一条边的存储位置,
edge[i].w——边权值.
head[]——用来表示以i为起点的第一条边存储的位置,实际上你会发现这里的第一条边存储的位置其实
在以i为起点的所有边的最后输入的那个编号.
head[]数组一般初始化为-1,对于加边的add函数是这样的:
void add(int u,int v,int w)
{
edge[cnt].to = v;
edge[cnt].next = head[u];
edge[cnt].w = w;
head[u] = cnt++;
}
初始化cnt = 0,这样,现在我们还是按照上面的图和输入来模拟一下:
edge[0].to = 2; edge[0].next = -1; head[1] = 0;
edge[1].to = 3; edge[1].next = -1; head[2] = 1;
edge[2].to = 4; edge[2],next = -1; head[3] = 2;
edge[3].to = 3; edge[3].next = 0; head[1] = 3;
edge[4].to = 1; edge[4].next = -1; head[4] = 4;
edge[5].to = 5; edge[5].next = 3; head[1] = 5;
edge[6].to = 5; edge[6].next = 4; head[4] = 6;
很明显,head[i]保存的是以i为起点的所有边中编号最大的那个,而把这个当作顶点i的第一条起始边的位置.
这样在遍历时是倒着遍历的,也就是说与输入顺序是相反的,不过这样不影响结果的正确性.
比如以上图为例,以节点1为起点的边有3条,它们的编号分别是0,3,5 而head[1] = 5
我们在遍历以u节点为起始位置的所有边的时候是这样的:
for(int i=head[u];~i;i=edge[i].next)
// 当 i等于 -1 的时候停止, -1 取反为 0
那么就是说先遍历编号为5的边,也就是head[1],然后就是edge[5].next,也就是编号3的边,然后继续edge[3].next,也
就是编号0的边,可以看出是逆序的.
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