8.2 图的存储结构
图的存储结构除了要存储图中各个顶点的本身的信息外,同时还要存储顶点与顶点之间的所有关系(边的信息),因此,图的结构比较复杂,很难以数据元素在存储区中的物理位置来表示元素之间的关系,但也正是由于其任意的特性,故物理表示方法很多。常用的图的存储结构有邻接矩阵、邻接表、十字链表和邻接多重表。
8.2.1邻接矩阵表示法
对于一个具有n个顶点的图,可以使用n*n的矩阵(二维数组)来表示它们间的邻接关系。图8.10和图8.11中,矩阵A(i,j)=1表示图中存在一条边(Vi,Vj),而A(i,j)=0表示图中不存在边(Vi,Vj)。实际编程时,当图为不带权图时,可以在二维数组中存放bool值,A(i,j)=true表示存在边(Vi,Vj),A(i,j)=false表示不存在边(Vi,Vj);当图带权值时,则可以直接在二维数组中存放权值,A(i,j)=null表示不存在边(Vi,Vj)。
图8.10所示的是无向图的邻接矩阵表示法,可以观察到,矩阵延对角线对称,即A(i,j)= A(j,i)。无向图邻接矩阵的第i行或第i列非零元素的个数其实就是第i个顶点的度。这表示无向图邻接矩阵存在一定的数据冗余。
图8.11所示的是有向图邻接矩阵表示法,矩阵并不延对角线对称,A(i,j)=1表示顶点Vi邻接到顶点Vj;A(j,i)=1则表示顶点Vi邻接自顶点Vj。两者并不象无向图邻接矩阵那样表示相同的意思。有向图邻接矩阵的第i行非零元素的个数其实就是第i个顶点的出度,而第i列非零元素的个数是第i个顶点的入度,即第i个顶点的度是第i行和第i列非零元素个数之和。
由于存在n个顶点的图需要n2个数组元素进行存储,当图为稀疏图时,使用邻接矩阵存储方法将出现大量零元素,照成极大地空间浪费,这时应该使用邻接表表示法存储图中的数据。
8.2.2 邻接表表示法
图的邻接矩阵存储方法跟树的孩子链表示法相类似,是一种顺序分配和链式分配相结合的存储结构。邻接表由表头结点和表结点两部分组成,其中图中每个顶点均对应一个存储在数组中的表头结点。如这个表头结点所对应的顶点存在相邻顶点,则把相邻顶点依次存放于表头结点所指向的单向链表中。如图8.12所示,表结点存放的是邻接顶点在数组中的索引。对于无向图来说,使用邻接表进行存储也会出现数据冗余,表头结点A所指链表中存在一个指向C的表结点的同时,表头结点C所指链表也会存在一个指向A的表结点。
有向图的邻接表有出边表和入边表(又称逆邻接表)之分。出边表的表结点存放的是从表头结点出发的有向边所指的尾顶点;入边表的表结点存放的则是指向表头结点的某个头顶点。如图8.13所示,图(b)和(c)分别为有向图(a)的出边表和入边表。
以上所讨论的邻接表所表示的都是不带权的图,如果要表示带权图,可以在表结点中增加一个存放权的字段,其效果如图8.14所示。