第十四章 图的存储及图的DFS(超级详细!!逐行解析!!)
创始人
2024-03-15 18:49:13
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第十四章 图的存储及图的DFS

  • 一、图
    • 1、什么是图?
    • 2、图的存储
      • (1)邻接矩阵
      • (2)邻接表
  • 二、图的深度优先搜索
    • 1、思路
    • 2、模板
      • (1)问题:
        • 如何求左右子树呢?
        • 什么时候记录呢?
        • 如何构造递归函数呢?
      • (2)代码模板:
      • (3)代码分析:

一、图

1、什么是图?

下面这种结构就是图:
在这里插入图片描述
图包含了两个基本元素:顶点(vertex, 简称V)和边(edge,简称E)。看到这个结构我们第一个想到的就是,图和树的结构是很类似的。没错,树是一种特殊的图,树是有向无环图。那么从这个概念出发,我们就能得到图的分类标准:有环无环,有向无向。
环很好理解,看图就能够看出来。那么什么叫有向和无向呢?
我们刚才上面介绍的那个图就是无向的,而下图就是有向的。
在这里插入图片描述
那么有向和无向有什么影响呢?
在这里插入图片描述
在对图有了一个基本的了解后,我们应该如何存储一个图呢?

2、图的存储

(1)邻接矩阵

图的组成要素是点和边。

点的存储是很好解决的,我们用int,char等数据类型的变量来表示点就好。而边的话,其实说白了,边就是两个点之间的关系。而我们需要存储的其实就是这种关系。

因此,我们可以创建一个二维数组。例如a[1][2]=1。就表示从1到2有一条有向边。a[2][1]=0则表示,从2到1没有一条边。因此,我们就构建好了一个从1到2的有向边。那么假设我们让a[2][1]也等于1。
那么2和1之间就存在一个双向边,也就是我们刚才介绍的无向边的等效情况。

那么以上通过两个点作为下标,将边存储在一个二维数组中的存储方式就称之为邻接矩阵。

但是这种方式有一个很大的问题,就是其浪费的空间非常多!!!!所以效果是很低效的,那么为了解决这个方法,我们采用下图中的邻接表的方式存储图。

(2)邻接表

邻接表其实全名应该叫做:邻接链表
顾名思义就是我们利用链表来存储图,其结构类似于我们之前学的哈希表。
在这里插入图片描述
上图中:左侧的数组存储的是图中的所有点。

链表中存储的是图中的所有边!这里一定要记住!!!链表中的点存储的是边!边!边!
有一个节点就是有一个边,节点中的内容是该边的终点。

我们将上述的邻接表的部分内容转为图的话,如下图所示:

在这里插入图片描述

二、图的深度优先搜索

1、思路

其实图中的深度优先搜索和之前的思路是一致的,就是一路走到黑。碰壁之后,就回溯,然后再走到黑。
在这里插入图片描述

2、模板

(1)问题:

在这里插入图片描述
分析
在这里插入图片描述

我们删除图中的节点B。会得到如下的结果:
在这里插入图片描述
删除B后,我们剩下的是B点的左子树、右子树、以及除了除了以B为根节点的树的剩余部分。
那么在这三部分中,节点最多的部分中的节点数量为:4 。那么我们需要去掉每个节点,然后都求出这样一个最大值,之后在这些最大值中挑出一个最小值输出。

那么这道题其实就可以转化成:求出每个节点的左右子树即可。为什么呢?因为第三部分其实就是整体减去B点再减去左右子树。因此,只需要求出左右子树就能计算出结果。

如何求左右子树呢?

在这里插入图片描述
我们假设想求A点的左右子树的大小,我们惊奇地发现,它的路线就是一个DFS。但是有人会疑惑:
这不只求了A点的左右子树吗?但是我们看,在求A点左右子树的过程中,我们已经求完了B点的左右子树和C的左右子树。因此,我们只需要去DFS即可。

什么时候记录呢?

当搜索路线再次回来的时候,就是我们记录的时候。 我们发现,当路线第一次回到B的时候,就遍历完了B的左子树。第二次回到B的时候,就遍历完了右子树。当第一次回到A的时候,就遍历完了A的左子树……

如何构造递归函数呢?

递归其实就是分治。因此我们只需要将一个过程中的重复执行的过程抽离出来。


因此重复部分就是我们的函数作用:

所以我们的dfs函数的作用就是求子树数量。

那么上述表达式中的:子树+1就是递归函数的返回值

(2)代码模板:

#include
#include
using namespace std;
const int N=1e5+10;
const int M=3e5+10;
int h[N],e[M],ne[M],idx;
int n,ans=0x3f3f3f3f;
bool m[N];void add(int x,int y)
{e[idx]=y;ne[idx]=h[x];h[x]=idx++;
}int dfs(int u)
{int sum=0;int s=0,ma=0;for(int i=h[u];i!=-1;i=ne[i]){int j=e[i];if(!m[j]){m[j]=true;s=dfs(j);sum+=s;ma=max(s,ma);}}ma=max(ma,n-sum-1);ans=min(ans,ma);return sum+1;
}int main()
{memset(h,-1,sizeof h);cin>>n;for(int i=1;iint x,y;cin>>x>>y;add(x,y);add(y,x);}dfs(1);cout<

(3)代码分析:

在这里插入图片描述

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