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C++中邻接矩阵、邻接表、链式前向星具体用法及讲解

news 2025/8/9 9:03:45

图论在提高组中几乎占据半壁江山，而今天要讲的就是如何存储一个图

一.邻接矩阵

原理

要建立一个图，根本的要素就是边和点

而想要让计算机存储边和点

就需要用到一些数据结构

邻接矩阵是最简单的

他使用了一个二维数组，来表示一个图

假设数组名为map

那么map[i][j]的值就代表i到j的权值

栗子例子：

一个普通的图

注意：一个无向边等于两个有向边，比如1到2权值为1

那么就相当于1->2一条有向边加上2->1一条有向边

一共两条

回归到这个图上

在这里用邻接矩阵的写法就是：

map[1][2]= 3

map[2][1]= 3

map[2][3]= 6

map[3][2]= 6

map[1][3]= 5

map[3][1]= 5

map[5][3]= 2

map[3][5]= 2

map[1][5]= 4

map[5][1]= 4

10条有向边

邻接矩阵原理就是这么简单

代码：

int n,m,vis[100001],mapa[1001][1001],ans=1000000001;
n点 m边 vis点的状态 mapa邻接矩阵二维数组 ans遍历最短距离

int main()
{cin>>n>>m;int i,j,a,b,c;memset(mapa,0x3f,sizeof(mapa));for(j=0;j<m;j++){cin>>a>>b>>c;mapa[b][a]=c;//保证单向 mapa[a][b]=c;}vis[1]=1;dfs(1,0);cout<<ans<<endl;return 0;
}
主函数部分
v[i]=1表示这个点已经走过

void dfs(int x,int dis)
{int i;if(dis>ans)//小剪枝 return;if(x==n){ans=min(ans,dis);return;}for(i=1;i<=n;i++) //不一定向前走，可能绕一下更近 if(mapa[x][i]!=0x3f3f3f3f&&vis[i]==0) {vis[i]=1;dfs(i,dis+mapa[x][i]);vis[i]=0;} 
}

dfs主体函数，基础

例题：

暑假小马想到小张家里去玩，他们住在不同的城市，这是小马第一次去小张家，小马提前在百度地图上面查找行车路线，输入出发城市和目的城市，百度地图计算出最短路径，请实现百度地图计算最短路径的方法。备注：总共有n个（n<=100）城市，小马家所在城市编号为1，小张家所在城市编号为n，公路为双向车道。
输入
第一行两个整数，分别表示城市数量n和公路数量m。
后面m行表示公路情况，每一行三个整数a,b,c，分别表示从城市a到城市b，两个城市之间的公路路程c公里。

输出
最短路程公里数

纯属的模板

其实这题严格来说是最短路径问题

但用来练习邻接矩阵绝对是不二之选

特点及优劣：

优：实在好理解简单易懂

劣：除了好理解全是劣势时间复杂度、空间复杂度等等

二.邻接表

邻接表确实有些复杂，但性能还是不错的

1.原理

以点为单位，记录每个点连接的边

数据结构：vector动态数组，动态数组好处就是不需要预估大小，但是会占一些空间

普通小图

首先：与1连接的边共有两条，链表中大概就是这样：

如果没太看懂

没关系

蒟蒻用铅笔画了一下整个过程

就是把n个点看成n个容器，每个容器往里面扔元素

一个元素含义就是一条边，如：1容器中扔了个2，代表1、2之间有边

每个往里面扔的元素，需要有两个参数

第一：边的目标点，也就是例子中的2

第二：边权值

2.代码

int main()
{node t;cin>>n>>m;int i,j,a,b,c;//memset(mapa,0x3f,sizeof(mapa));//初始化for(j=0;j<m;j++){cin>>a>>b>>c;t.v=b;t.w=c;e[a].push_back(t);t.v=a;t.w=c;e[b].push_back(t);}vis[1]=1;dfs(1,0);cout<<ans<<endl;return 0;
}
e代表容器，因为是vector，一个变量就可以扔无数个元素，所以想要每个点都有只需要一维即可
其他变量名称同邻接矩阵

void dfs(int x,int dis)
{int i;if(dis>=ans)//小剪枝 return;if(x==n){ans=min(ans,dis);return;}node tt; for(int i=0;i<e[x].size();i++){tt=e[x][i];if(vis[tt.v]==0){vis[tt.v]=1;dfs(tt.v,dis+tt.w);vis[tt.v]=0;}} 
}
就是邻接矩阵的处理上改了一些，但优化了很多很多

struct node
{int v;int w;
};vector<node> e[105];
自定义部分，vector动态数组

案例依旧是邻接矩阵的1816

3.特点及优劣：

优：解决了时间的问题以及空间的问题

劣：动态数组还是有些差

三。链式前向星

前两个你都不会也没事儿，这个一定要会

1.原理

以边为单位，记录每一条边的目标点，以及权值和下一条边的编号

（1）目标点：还是那个例子1和2之间边权值为3

目标点就为2

（2）权值：不解释了

（2）下一条边的编号：

！！！

链式前向星核心思路来了

链式前向星，顾名思义有链表的成分所在

每条边都有自己的编号

通过编号，层层遍历

还得有一个数组表示以i点为起始点的边的编号

还是画一下

基本思路就是这么个思路，代码也算是比较抽象一些，但懂了之后也很简单

2.代码

int main()
{cin>>n>>m;int i,j,a,b,c;for(j=0;j<m;j++){cin>>a>>b>>c;addedge(a,b,c);加边操作，一条无向边等于两条有向边addedge(b,a,c);}vis[1]=1;dfs(1,0);cout<<ans<<endl;return 0;
}

void addedge(int u,int v,int w)
{cnt++;边的数量e[cnt].to=v;目标点初始化e[cnt].w=w;权值e[cnt].nxt=h[u];下一条边的编号h[u]=cnt;以u为起点的边的编号更新
}

struct edge
{int to;int w;int nxt;
}e[300]; 
int cnt;
int h[105];
int n,m,vis[100001],mapa[1001][1001],ans=1000000001;

void dfs(int x,int dis)
{int i;if(dis>=ans)//小剪枝 return;if(x==n){ans=min(ans,dis);return;}for(int i=h[x];i>0;i=e[i].nxt)链式前向星遍历方法，h[x]代表以x为起始点的最新的边，只要i还是正数，i作为编号就变成第k条边的下一条边的编号{int to=e[i].to;int w=e[i].w;if(vis[to]==0){vis[to]=1;dfs(to,dis+w);vis[to]=0;}}}