构建无向图

前提

JAVA实验环境

理论

无向图的数据结构为邻接表数组，每个数组中保存一个Bag抽象数据类型（Bag类型需要专门讲解）

实验数据

我们的实验数据是13个节点和13条边组成的无向图，由一个txt文件来保存，本实验的目的就是将这个txt文件的图构建出来，并且依次打印出每个节点的所有邻接节点

实验数据下载地址： https://algs4.cs.princeton.edu/code/algs4-data.zip
实验中用到的通用库：https://algs4.cs.princeton.edu/code/algs4.jar
实验数据使用方法：https://algs4.cs.princeton.edu/code/

完整代码

文件名称 myGraph.java

import edu.princeton.cs.algs4.In;
import edu.princeton.cs.algs4.StdOut;public class myGraph
{private final int V;private int E;private myBag<Integer>[] adj;private static final String NEWLINE = System.getProperty("line.separator");public myGraph(int V){this.V = V; this.E = 0;adj = (myBag<Integer>[]) new myBag[V];for (int v = 0; v < V; v++){adj[v] = new myBag<Integer>();}}public myGraph(In in){this(in.readInt());int E = in.readInt();for (int i = 0; i < E; i++){int v = in.readInt();int w = in.readInt();addEdge(v, w);}}public int V() { return V; }public int E() { return E; }public void addEdge(int v, int w){adj[v].add(w);adj[w].add(v);E++;}public Iterable<Integer> adj(int v){ return adj[v]; }public String toString() {StringBuilder s = new StringBuilder();s.append(V + " vertices, " + E + " edges " + NEWLINE);for (int v = 0; v < V; v++) {s.append(v + ": ");for (int w : adj[v]) {s.append(w + " ");}s.append(NEWLINE);}return s.toString();}public static void main(String[] args) {In in = new In(args[0]);myGraph G = new myGraph(in);StdOut.println(G);}
}

代码解读

这段代码是一个用Java编写的图（Graph）数据结构的实现。下面是对这段代码的逐行解读，可以帮助你向其他人详细介绍这个程序：

类定义

public class myGraph

这行定义了一个名为 myGraph 的类，用于表示一个无向图。

成员变量

private final int V;   // 图的顶点数
private int E;         // 图的边数
private myBag<Integer>[] adj; // 邻接表数组
private static final String NEWLINE = System.getProperty("line.separator"); // 系统换行符

• V 是图的顶点数，定义为 final 因为一旦图被创建顶点数是不变的。
• E 是图的边数。
• adj 是一个数组，每个索引处的元素是一个 myBag<Integer> 类型，用来存储与每个顶点相邻的顶点列表，实现邻接表。
• NEWLINE 是系统相关的换行符，用于输出。

构造方法

public myGraph(int V

这是一个构造方法，接受一个整数 V 作为参数，初始化一个有 V 个顶点但没有边的图。

this.V = V; this.E = 0;
adj = (myBag<Integer>[]) new myBag[V];
for (int v = 0; v < V; v++) {adj[v] = new myBag<Integer>();
}

• 初始化顶点数 V 和边数 E。
• 创建邻接表数组，每个顶点对应一个新的空 myBag 对象。

从输入流构造图

public myGraph(In in)

这个构造方法从输入流 in 构建图。首先读取顶点数和边数，然后读取每一条边的两个顶点，并调用 addEdge 方法添加边。

this(in.readInt()); // 初始化图的顶点
int E = in.readInt(); // 读取边数
for (int i = 0; i < E; i++) {int v = in.readInt(); // 读取一条边的起点int w = in.readInt(); // 读取一条边的终点addEdge(v, w); // 添加边
}

方法定义

public int V() { return V; }
public int E() { return E; }

这两个方法分别返回图的顶点数和边数。

public void addEdge(int v, int w)

此方法用于添加一条连接顶点 v 和 w 的边，并更新邻接表和边数。

adj[v].add(w);
adj[w].add(v);
E++;

• 在顶点 v 和 w 的邻接表中互相添加对方。
• 边数 E 自增。

public Iterable<Integer> adj(int v)
{ return adj[v]; }

这个方法返回顶点 v 的邻接顶点列表。

toString 方法

public String toString() {StringBuilder s = new StringBuilder();s.append(V + " vertices, " + E + " edges " + NEWLINE);for (int v = 0; v < V; v++) {s.append(v + ": ");for (int w : adj[v]) {s.append(w + " ");}s.append(NEWLINE);}return s.toString();
}

这个方法返回图的字符串表示形式，包含所有顶点和它们的邻接顶点。

main 方法

public static void main(String[] args) {In in = new In(args[0]);myGraph G = new myGraph(in);StdOut.println(G);
}

main 方法从文件读取图数据，创建 myGraph 实例，并打印图的内容。

这段代码完整地展示了如何在Java中实现一个简单的无向图数据结构，并提供了读取图数据

实验

编译

javac myGraph.java

导入实验数据

java myGraph data\tinyG.txt
13 vertices, 13 edges 
0: 6 2 1 5 
1: 0 
2: 0 
3: 5 4 
4: 5 6 3 
5: 3 4 0 
6: 0 4 
7: 8
8: 7
9: 11 10 12
10: 9
11: 9 12
12: 11 9

参考资料

算法（第4版）人民邮电出版社