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java图的深度优先遍历(dfs)和广度优先遍历(bfs)代码实现

程序员文章站 2022-05-22 20:01:34
...

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.LinkedList;

/**
 * @author Drug
 * @create 2020-05-11 12:16
 */
public class Graph {
    //顶点集合
    private ArrayList<String> vertexList;
    //邻接矩阵
    private int[][] edges;
    //边数目
    private int numOfEdges;
    //访问标记
    private boolean[] isVisited;

    //test
    public static void main(String[] args) {
        int n = 8;
//        String Vertexs[] = {"A", "B", "C", "D", "E"};
        String Vertexs[] = {"1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8"};
        //创建图对象
        Graph graph = new Graph(n);
        //循环的添加顶点
        for (String vertex : Vertexs) {
            graph.insertVertex(vertex);
        }

//        添加边
//        A-B A-C B-C B-D B-E
//        graph.insertEdge(0, 1, 1);
//        graph.insertEdge(0, 2, 1);
//        graph.insertEdge(1, 2, 1);
//        graph.insertEdge(1, 3, 1);
//        graph.insertEdge(1, 4, 1);
        graph.insertEdge(0, 1, 1);
        graph.insertEdge(0, 2, 1);
        graph.insertEdge(1, 3, 1);
        graph.insertEdge(1, 4, 1);
        graph.insertEdge(3, 7, 1);
        graph.insertEdge(4, 7, 1);
        graph.insertEdge(2, 5, 1);
        graph.insertEdge(2, 6, 1);
        graph.insertEdge(5, 6, 1);

        graph.showGraph();
        System.out.println("深度优先遍历");
        graph.dfs();
        System.out.println();
        System.out.println("广度优先遍历");
        graph.bfs();
    }


    //构造器
    public Graph(int n) {
        vertexList = new ArrayList<>(n);
        edges = new int[n][n];
        numOfEdges = 0;
    }

    /**
     * 给v1,v2边添加权值
     *
     * @param v1
     * @param v2
     * @param wight
     */
    public void insertEdge(int v1, int v2, int wight) {
        edges[v1][v2] = wight;
        edges[v2][v1] = wight;
        numOfEdges++;
    }

    /**
     * 遍历图
     */
    public void showGraph() {
        for (int[] edge : edges) {
            System.out.println(Arrays.toString(edge));
        }
    }

    /**
     * 返回顶点数目
     *
     * @return
     */
    public int getNumOfVertex() {
        return vertexList.size();
    }

    /**
     * 得到边的数目
     */
    public int getNumOfEdges() {
        return numOfEdges;
    }

    /**
     * 返回结点i(下标)对应的数据 0->"A" 1->"B" 2->"C"
     *
     * @param i
     * @return
     */
    public String getValueByIndex(int i) {
        return vertexList.get(i);
    }

    /**
     * 返回v1和v2的权值
     *
     * @param v1
     * @param v2
     * @return
     */
    public int getWeight(int v1, int v2) {
        return edges[v1][v2];
    }

    /**
     * 插入结点
     *
     * @param vertex
     */
    public void insertVertex(String vertex) {
        vertexList.add(vertex);
    }


    /**
     * 获得i的第一个临界顶点
     *
     * @param index
     * @return
     */
    public int getFirstNeighbour(int index) {
        for (int i = 0; i < vertexList.size(); i++) {
            if (edges[index][i] == 1) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 获得n的下一个临界顶点
     *
     * @param n
     * @param index
     * @return
     */
    public int getNextNeighbour(int n, int index) {
        for (int i = index + 1; i < vertexList.size(); i++) {
            if (edges[n][i] == 1) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 从n开始深度优先遍历
     *
     * @param n
     */
    private void dfs(boolean[] isVisited, int n) {
        //输出该点
        System.out.print(" ->" + getValueByIndex(n));
        //将该点置为访问过
        isVisited[n] = true;
        int w = getFirstNeighbour(n);
        while (w != -1) {
            //如果第一个点没被访问过
            if (!isVisited[w]) {
                //递归
                dfs(isVisited, w);
            }
            //如果被访问过了
            w = getNextNeighbour(n, w);
        }

    }

    /**
     * 深度优先遍历
     */
    public void dfs() {
        isVisited = new boolean[getNumOfVertex()];
        for(int i=0;i<vertexList.size();i++){
            if(!isVisited[i]){
                dfs(isVisited,i);
            }
        }
    }

    /**
     * 广度优先遍历
     * @param isVisited
     * @param i
     */
    private void bfs(boolean[] isVisited, int i){
        //用于存放遍历顺序
        LinkedList<Integer> queue = new LinkedList<Integer>();
        //输出当前节点
        System.out.print(" =>"+getValueByIndex(i));
        //设置访问过
        isVisited[i] = true;
        //队列添加节点
        queue.addLast(i);

        //当队列非空时一直执行
        while(!queue.isEmpty()){
            Integer u = queue.removeFirst();
            //获得第一个临界顶点
            int w = getFirstNeighbour(u);
            //当存在临界顶点时,持续访问
            while( w != -1){
                //还没有访问过
                if(!isVisited[w]){
                    //输出当前节点
                    System.out.print(" =>"+getValueByIndex(w));
                    //设置访问过
                    isVisited[w] = true;
                    //队列添加节点
                    queue.addLast(w);
                }
                //获得下一个临界顶点
                w = getNextNeighbour(u,w);
            }
        }
    }

    /**
     * 广度优先遍历
     */
    public void bfs(){
        isVisited = new boolean[getNumOfVertex()];
        for(int i=0; i<getNumOfVertex();i++){
            //没有访问过
            if(!isVisited[i]){
                bfs(isVisited,i);
            }
        }
    }
}