数据结构与算法（7-2）图的遍历（深度优先遍历DFS、广度优先遍历BFS）（分别用邻接矩阵和邻接表实现）
2024-04-26 18:14:54
目录
深度优先遍历(DFS)和广度优先遍历(BFS)原理
1、自己的原理图
2、官方原理图
一、邻接矩阵的深度优先遍历（DFS）
1、原理图
2、 过程：
3、总代码
二、邻接表的深度优先遍历(DFS)：
1、原理图：
2、过程
3、总代码
三、邻接矩阵的广度优先遍历
1、原理图
2、过程
3、总代码
四、邻接表的广度优先遍历(BFS)
总代码
深度优先遍历(DFS)和广度优先遍历(BFS)原理
1、自己的原理图
2、官方原理图
DFS（深度优先遍历）： 以一个顶点为根，逐顶点地往下遍历，遇到没遍历过的顶点则继续遍历；遇到遍历过的顶点则回溯。（递归实现）
BFS（广度优先遍历）：以一个顶点为根，逐层地往下遍历，遇到遍历的顶点遍历；遍历过的顶点则忽略。（队列实现）
一、邻接矩阵的深度优先遍历（DFS）
1、原理图
2、 过程：
1、矩阵形式的话，先从根开始走，遇到0就继续，遇到1直接跳到那一行（即跳到那一个元素），后面如此往复，用递归实现。
2、还有就是需要判断结点是否已经遍历过了，已经遍历过的结点不再进入，由于每一列都是同一结点（待遍历），可以通过一个判断数组记录每一个元素是否遍历。
//深度优先遍历
void DFS(int index)
{int i, j;for (i = index; i < G.vertexNum; i++){for (j = 0; j < G.vertexNum; j++){if (i == 0 && j == 0){printf("%c", G.vertex[j]); //输出首元素(根)Judge[j] = 1; //标记首列}if (G.edge[i][j] != 0 && Judge[j] == 0) //邻接矩阵有元素；且01数组无标记(即未被访问){printf("%c", G.vertex[j]);if (Judge[j] == 0) //未标记Judge[j] = 1; //对列做标记DFS(j);}}}
}3、总代码
//图的深度优先遍历（邻接矩阵）
//需要创建一个列数组，按照矩阵的顺序遍历，为1就直接跳到那个结点
//增添一个数组，判断每个结点是否遍历过
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>#define MAXSIZE 20
int ColumnArray[MAXSIZE]; //列矩阵（判断有没有走过）//邻接矩阵
typedef struct
{char vertex[MAXSIZE]; //顶点int edge[MAXSIZE][MAXSIZE]; //邻接顶点int vertexNum; //顶点数量
}Graph;
Graph G;//输入顶点
void InputVertex()
{int i = 0;char ch;printf("请输入需要创建的图顶点（不需要空格）：\n");do{scanf("%c", &ch);if (ch != '\n')G.vertex[i++] = ch;} while (ch != '\n');G.vertexNum = i;
}//查找（根据结点找索引）
int findIndex(char ch)
{int i;for (i = 0; i < G.vertexNum; i++){if (G.vertex[i] == ch)return i;}return -1; //没找到
}//创建图
void InputEdge()
{int i, index;char ch;for (i = 0; i < G.vertexNum; i++){printf("请输入%c指向的邻接结点：\n", G.vertex[i]);scanf("%c", &ch);while (ch != '\n'){index = findIndex(ch); //查找输入结点的索引G.edge[i][index] = 1;scanf("%c", &ch);}}
}//01数组初始化
void InitColumnArray()
{int j;for (j = 0; j < G.vertexNum; j++)ColumnArray[j] = 0; //标记未访问
}//输出测试
void Print()
{int i, j;for (i = 0; i < G.vertexNum; i++){printf("\n%c结点的邻接结点为：\t", G.vertex[i]);for (j = 0; j < G.vertexNum; j++){if (G.edge[i][j] != 0)printf("%c\t", G.vertex[j]);}}
}//深度优先遍历
void DeepTraverse(int index)
{int i, j;for (i = index; i < G.vertexNum; i++){for (j = 0; j < G.vertexNum; j++){if (i == 0 && j == 0){printf("%c", G.vertex[j]); //输出首元素(根)ColumnArray[j] = 1; //标记首列}if (G.edge[i][j] != 0 && ColumnArray[j] == 0) //邻接矩阵有元素；且01数组无标记(即未被访问){printf("%c", G.vertex[j]);if (ColumnArray[j] == 0) //未标记ColumnArray[j] = 1; //对列做标记DeepTraverse(j);}}}
}int main()
{//创建图InputVertex();InputEdge();InitColumnArray();printf("深度优先遍历结果：\n");//深度优先遍历DeepTraverse(0);//输出测试//Print();return 0;
}二、邻接表的深度优先遍历(DFS)：
1、原理图：
2、过程
和邻接矩阵类似，也是使用递归，也是需要用一个判断数组，表示每个顶点的邻接矩阵是否遍历过。只不过邻接表需要传一个参数lastIndex，利用这个参数把根结点输出出去。先把指针指向firstchild，后面利用一个while循环挨个判断邻接结点是否遍历过了，遍历过则指针继续后移；未遍历过则递归调用DFS函数进入那个未遍历的顶点，继续一个一个判断。
//深度优先遍历（按顶点操作）
//判断的时候需要遍历每一个邻接顶点，而输出的时候只需要把顶点数组的内容输出即可
void DFS(EdgeNode* p1, int lastIndex)
{if (Judge[lastIndex] == 0) //顶点未遍历{Judge[lastIndex] = 1; //标记（表示遍历过）printf("%c", V[lastIndex].data); //输出根顶点（保存lastIndex目的就是便于追溯到顶点数组，把根顶点输出）//开始遍历后面的邻接顶点while (p1 != NULL){if (Judge[p1->index] == 0) //未遍历（遍历每一个顶点）{DFS(V[p1->index].firstEdge, p1->index); //递归深度优先遍历（输出只需要把顶点数组的东西输出即可）}p1 = *(p1->next); //后移（遍历每一个邻接顶点）}}
}3、总代码
//邻接表的深度优先遍历(DFS)
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
#include<malloc.h>#define MAXSIZE 20
int length = 0; //顶点数组长度
int Judge[MAXSIZE]; //列矩阵（记录顶点是否已遍历过）//邻接顶点
typedef struct EdgeNode
{char data;int index;struct EdgeNode** next; //二级指针
}EdgeNode, * pEdgeNode;//顶点数组（结构体数组）
typedef struct Vertex
{char data;EdgeNode* firstEdge;
}Vertex;
Vertex V[MAXSIZE];void Input()
{int i;char ch;printf("请输入图的所有顶点：\n");scanf("%c", &ch);for (i = 0; i < MAXSIZE && ch != '\n'; i++){V[i].data = ch;scanf("%c", &ch);}length = i;
}void InitVertex()
{int i;for (i = 0; i < length; i++){V[i].firstEdge = NULL;Judge[i] = 0; //列数组初始化}
}//根据字符查找在顶点数组中的下标
int FindIndex(char ch)
{int i;for (i = 0; i < length; i++){if (ch == V[i].data)return i;}return -1; //没找到
}//创建图
void CreateGraph()
{int i;char ch;pEdgeNode* p2 = NULL; //二级指针for (i = 0; i < length; i++){printf("\n请输入%c的邻接顶点：\t", V[i].data);scanf("%c", &ch);//首个顶点if (ch != '\n'){V[i].firstEdge = (EdgeNode*)malloc(sizeof(EdgeNode)); //一级指针分配空间p2 = (pEdgeNode*)malloc(sizeof(pEdgeNode)); //二级指针分配空间p2 = &V[i].firstEdge;(*p2)->data = ch;(*p2)->index = FindIndex(ch);(*p2)->next = (pEdgeNode*)malloc(sizeof(pEdgeNode)); //二级指针分配空间*((*p2)->next) = NULL;scanf("%c", &ch);}while (ch != '\n'){p2 = (*p2)->next; //向后传递(*p2) = (EdgeNode*)malloc(sizeof(EdgeNode)); //一级指针分配空间(*p2)->data = ch;(*p2)->index = FindIndex(ch);(*p2)->next = (pEdgeNode*)malloc(sizeof(pEdgeNode)); //二级指针分配空间*((*p2)->next) = NULL;scanf("%c", &ch);}}
}//深度优先遍历（按顶点操作）
//判断的时候需要遍历每一个邻接顶点，而输出的时候只需要把顶点数组的内容输出即可
void DFS(EdgeNode* p1, int lastIndex)
{if (Judge[lastIndex] == 0) //顶点未遍历{Judge[lastIndex] = 1; //标记（表示遍历过）printf("%c", V[lastIndex].data); //输出根顶点（保存lastIndex目的就是便于追溯到顶点数组，把根顶点输出）//开始遍历后面的邻接顶点while (p1 != NULL){if (Judge[p1->index] == 0) //未遍历（遍历每一个顶点）{DFS(V[p1->index].firstEdge, p1->index); //递归深度优先遍历（输出只需要把顶点数组的东西输出即可）}p1 = *(p1->next); //后移（遍历每一个邻接顶点）}}
}//输出测试
void Print()
{int i;EdgeNode* p1; //一级指针for (i = 0; i < length; i++){p1 = V[i].firstEdge;while (p1 != NULL){printf("%c", p1->data);p1 = *(p1->next);}}
}int main(){Input();InitVertex();CreateGraph(); //创建图DFS(V[0].firstEdge ,0); //深度优先遍历（从首结点开始）//Print();
}三、邻接矩阵的广度优先遍历
1、原理图
2、过程
先把根元素入队并标记，然后取出根元素，依次判断：1、当前根元素行邻接数组是否有元素；2、当前元素是否标记过 -> 若有元素且未标记，则入队该元素并标记；否则跳过。然后调用BFS()函数进行递归，直到队列为空结束。（一个顶点一次循环判断入队）
1、入队首元素并标记 ，调用BFS()
EnQueue(0); //首元素入队
Judge[0] = 1; //标记首元素
BFS(DeQueue()); //广度优先遍历2、 BFS()函数
//广度优先遍历(BFS)
void BFS(int index)
{int j;printf("%c", G.vertex[index]); //输出for (j = 0; j < G.length; j++){if (G.edge[index][j] != 0 && Judge[j] == 0) //有邻接顶点且未入队{Judge[j] = 1; //标记EnQueue(j); //入队}}//遍历队列下一个元素index = DeQueue(); //取出当前队首作为根//判断队列是否为空，空则退出，非空则继续遍历if (index == -1)return;elseBFS(index); //递归进行下一个元素的广度优先遍历
}3、总代码
//邻接矩阵的广度优先遍历
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>#define MAXSIZE 20
int Judge[MAXSIZE] = { 0 };//队列结构体
typedef struct
{int rear;int front;int num[MAXSIZE]; //放入队列的序号
}Queue;
Queue Q;//邻接矩阵结构体
typedef struct
{char vertex[MAXSIZE]; //顶点数组int edge[MAXSIZE][MAXSIZE]; //边数组int length; //顶点数量
}Graph;
Graph G;//输入顶点
void Input()
{int i;char ch;printf("请输入全部顶点：\n");scanf("%c", &ch);for (i = 0; i < MAXSIZE && ch != '\n'; i++){G.vertex[i] = ch;scanf("%c", &ch);}G.length = i; //顶点数量
}//初始化（邻接结点数组和队列）
void Init()
{int i, j;for (i = 0; i < G.length; i++){for (j = 0; j < G.length; j++){G.edge[i][j] = 0;}}Q.rear = 0; //队尾Q.front = 0; //队首
}//入队
void EnQueue(int num)
{Q.num[Q.rear++] = num;
}//出队
int DeQueue()
{if (Q.front == Q.rear)return -1;return Q.num[Q.front++];
}//根据字符返回下标
int FindIndex(char ch)
{int i;for (i = 0; i < G.length; i++){if (G.vertex[i] == ch)return i;}return -1; //没找到
}//创建图
void CreateGraph()
{int i, index;char ch;for (i = 0; i < G.length; i++){printf("\n请输入%c结点的邻接结点：\t", G.vertex[i]);scanf("%c", &ch);while (ch != '\n'){index = FindIndex(ch); //获取列下标（被指向元素下标）G.edge[i][index] = 1;scanf("%c", &ch);}}
}//广度优先遍历(BFS)
void BFS(int index)
{int j;printf("%c", G.vertex[index]); //输出for (j = 0; j < G.length; j++){if (G.edge[index][j] != 0 && Judge[j] == 0) //有邻接顶点且未入队{Judge[j] = 1; //标记EnQueue(j); //入队}}//遍历队列下一个元素index = DeQueue(); //取出当前队首作为根//判断队列是否为空，空则退出，非空则继续遍历if (index == -1)return;elseBFS(index); //递归进行下一个元素的广度优先遍历
}//测试遍历
void Print()
{int i, j;for (i = 0; i < G.length; i++){printf("\n%c邻接结点：\t", G.vertex[i]);for (j = 0; j < G.length; j++)printf("%d ", G.edge[i][j]);}
}int main()
{Input();Init();CreateGraph();EnQueue(0); //首元素入队Judge[0] = 1; //标记首元素printf("\n广度优先遍历：");BFS(DeQueue()); //广度优先遍历//Print();return 0;
}四、邻接表的广度优先遍历(BFS)
原理和上面的邻接矩阵类似，以顶点为单位，往后判断是否有需要入队的元素（只用判断是否遍历过即可，因为接在顶点后面作为邻接顶点，必然是邻接顶点，所以不需要再像数组那样判断是否为邻接顶点）。
1、首调用BFS
EnQueue(0); //入队首元素
Judge[0] = 1; //判断
BFS(DeQueue()); //广度优先遍历并出队队首元素2、BFS()
//广度优先遍历
void BFS(int index)
{int i;EdgeNode* p;printf("%c", G[index].vertex); //输出顶点p = G[index].firstEdge; //指向顶点首指针while (p){if (Judge[p->index] == 0){Judge[p->index] = 1; //标记EnQueue(p->index); //入队}p = *(p->next); //后移}if (Q.front == Q.rear) //队列为空return;elseBFS(DeQueue()); //广度优先遍历并出队队首元素
}总代码
//邻接表的广度优先遍历
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
#include<malloc.h>#define MAXSIZE 20
int length; //记录顶点数组长度
int Judge[MAXSIZE] = { 0 };//邻接顶点结构体
typedef struct EdgeNode
{char data; //存放数据int index; //数据在顶点结构体中的下标struct EdgeNode** next; //二级指针
}EdgeNode, *pEdgeNode;//顶点结构体
typedef struct
{char vertex;EdgeNode* firstEdge; //一级指针（指向首个邻接顶点）
}Graph;
Graph G[MAXSIZE];//队列结构体
typedef struct
{int num[MAXSIZE]; //存放顶点下标int front; //队首int rear; //队尾
}Queue;
Queue Q;//输入顶点数组
void InputVertex()
{int i;char ch;printf("请输入所有顶点：\n");scanf("%c", &ch);for (i = 0; i < MAXSIZE && ch != '\n'; i++){G[i].vertex = ch;scanf("%c", &ch);}length = i; //顶点数组长度
}//初始化（*firstEdge和队列初始化）
void Init()
{int i;for (i = 0; i < length; i++){G[i].firstEdge = NULL;}Q.front = 0; //队首Q.rear = 0; //队尾
}//入队
void EnQueue(int num)
{Q.num[Q.rear++] = num;
}//出队
int DeQueue()
{return Q.num[Q.front++];
}//根据数据查找下标
int FindIndex(char ch)
{int i;for (i = 0; i < length; i++){if (ch == G[i].vertex)return i;}return -1;
}//创建邻接顶点链表
void CreateEdge()
{int i;char ch;pEdgeNode* p2=NULL; //二级指针for (i = 0; i < length; i++){printf("请输入%c顶点的邻接顶点：\t", G[i].vertex);scanf("%c", &ch);//首个顶点if (ch != '\n'){G[i].firstEdge = (EdgeNode*)malloc(sizeof(EdgeNode)); //一级指针p2 = (pEdgeNode*)malloc(sizeof(pEdgeNode)); //二级指针p2 = &G[i].firstEdge; //连接首指针(*p2)->data = ch; (*p2)->index = FindIndex(ch); (*p2)->next = (pEdgeNode*)malloc(sizeof(pEdgeNode)); //二级指针*((*p2)->next) = NULL; //尾指针地址赋空scanf("%c", &ch);}//后面的顶点while (ch != '\n'){p2 = (*p2)->next;(*p2)= (EdgeNode*)malloc(sizeof(EdgeNode)); //一级指针 (*p2)->next = (pEdgeNode*)malloc(sizeof(pEdgeNode)); //二级指针(*p2)->data = ch;(*p2)->index = FindIndex(ch);*((*p2)->next) = NULL;scanf("%c", &ch);}}
}//广度优先遍历
void BFS(int index)
{int i;EdgeNode* p;printf("%c", G[index].vertex); //输出顶点p = G[index].firstEdge; //指向顶点首指针while (p){if (Judge[p->index] == 0){Judge[p->index] = 1; //标记EnQueue(p->index); //入队}p = *(p->next); //后移}if (Q.front == Q.rear) //队列为空return;elseBFS(DeQueue()); //广度优先遍历并出队队首元素
}//测试输出
void Print()
{int i; EdgeNode* p;for (i = 0; i < length; i++){p = G[i].firstEdge;printf("\n%c的邻接顶点为：\t", G[i].vertex);while (p != NULL){printf("%c", p->data);p = *(p->next);}}
}int main()
{InputVertex(); //输入顶点Init(); //初始化CreateEdge(); //创建邻接顶点链表printf("\n广度优先遍历：\t");EnQueue(0); //入队首元素Judge[0] = 1; //判断BFS(DeQueue()); //广度优先遍历并出队队首元素//Print(); //测试输出return 0;
}才疏学浅，有些地方可能会有点错误的地方，还望大家斧正，Thanks♪(･ω･)ﾉ
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