耿老师教你学Java:图图学JGraphT开源框架第5回
创始人
2025-03-01 09:48:45
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摘要:图图学JGraphT开源框架是教材《数据结构与算法》-java语言版(清华大学出版社-2024,耿祥义,张跃平)第13章《图论》的课外读物(共计19回25个实例),所以主要围绕教材的内容学习JGraphT开源框架,即学JGraphT开源框架中最重要的部分,不是学习JGraphT开源框架的全部内容(JGraphT开源框架封装关于最短路径的算法类就有30多个)。掌握这里的这些内容,也可以让我们在实际项目更加容易地使用图论的算法,这也正是框架的目的。

图图学开源JGraphT开源框架目录如下:

第1回《无向图和SimpleGraph 类》 第2回《Graph 接口》 第3回《无向图和BiconnectivityInspector 类》 第4回《有向图和SimpleDirectedGraph类》 第5回《有向图和GabowStrongConnectivityInspector类》 第6回《有向图与AllDirectedPaths类》 第7回《无向网络和SimpleWeightedGraph 类》 第8回《有向网络和SimpleDirectedWeightedGraph类》 第9回《深度优先搜索(DFS)和DepthFirstIterator类》 第10回《广度优先搜索(BFS)和BreadthFirstIterator类》 第11回《最短路径和FloydWarshallShortestPaths类》 第12回《最短路径和DijkstraShortestPath类》 第13回《最短路径和BFSShortestPath类》 第14回《第k短路径和EppsteinKShortestPath类》 第15回《最小生成树和PrimMinimumSpanningTree类》 第16回《拓扑排序和TopologicalOrderIterator类》 第17回《图着色与GreedyColoring类》 第18回《介数和Betweenness Centrality类》 第19回《最大流算法和EdmondsKarpMFImpl类》

这是

图图学开源JGraphT的第5回-《有向图和GabowStrongConnectivityInspector类》,这回学习的主要内容是:

  • 强连通有向图

  • 有向图的强连通分量

  • GabowStrongConnectivityInspector类

一、强连通有向图

二、有向图的强连通分量

有向图的极大强连通子图称为的强连通分量,一个非连通的有向图一定会有多个(不少于一个)强连通分量。任何强连通图的强连通分量只有一个,即自身。下面的图5.1中的有向图有3个连通分量。

第1个强连通分量:([3], [])

第2个强连通分量:([0, 1, 2], [(0,1), (0,2), (1,0), (1,2), (2,0), (2,1)])

第3个强连通分量:([4, 5, 6], [(4,5), (5,6), (6,4)])

三、GabowStrongConnectivityInspector类

GabowStrongConnectivityInspector 类继承自 java.lang.Object,类的实例可用于检查一个有向图是否是强连通图、可用于得到非连通的有向图的全部强连通分量。算法遵循 Gabow(2000 年)在《Path-based depth-first search for strong and biconnected components》中提出的 Cheriyan - Mehlhorn/Gabow 算法。该算法的运行时间复杂度为为 ,其中 是顶点数,是边数。

GabowStrongConnectivityInspector 类的常用方法:

Graph getGraph:

返回底层图。

java.util.List> getStronglyConnectedComponents:

返回图的全部强连通分量。

boolean isStronglyConnected:

如果图是强连通的,则返回 true,否则返回 false。

五、代码与效果

将jgrapht-1.5.2.zip解压后的lib文件夹复制到C:\studyJGrapht,然后在命令行进入开发目录C:\studyJGrapht。(C:\studyJGrapht是作者使用的开发目录,您可以使用任何自己喜欢的开发目录或名称)。

例子5.1 判断有向图5.1是否是强连通,并的得到强连通分量(效果如图5.2)

如下编译和运行代码。

C:\studyJGrapht>javac -cplib\*;. Ex5_1.java C:\studyJGrapht>java -cplib\*;. Ex5_1

图5.2 判断有向图是否强连通

Ex5_1.java

importorg.jgrapht.Graph; importorg.jgrapht.graph.DefaultEdge; importorg.jgrapht.graph.SimpleDirectedGraph; importorg.jgrapht.alg.connectivity.GabowStrongConnectivityInspector; importjava.util.Set; importjava.util.List; public classEx5_1{ public static void main(String[] args) { // 创建一个有向图,顶点类型为Integer,边类型为 DefaultEdge Graph graph = new SimpleDirectedGraph<>(DefaultEdge.class); for(inti=0;i<7;i++) { // 添加顶点 graph.addVertex(i); } int[][]a = {{0,1,1,1,0,0,0}, {1,0,1,0,0,0,0}, {1,1,0,1,0,0,0}, {0,0,0,0,0,0,0}, {0,0,0,0,0,1,0}, {0,0,0,0,0,0,1}, {0,0,0,0,1,0,0}}; for(inti=0;i for(intj=0;j0].length;j++){ if(a[i][j]==1) { graph.addEdge(i,j); // 添加边 } } } printVertexAndEdge(graph); // 创建 ConnectivityInspector 实例 GabowStrongConnectivityInspector inspector = new GabowStrongConnectivityInspector<>(graph); // 测试图是否强连通 System.out.println("图是否强连通: "+ inspector.isStronglyConnected); // 获取图的所有强连通分量 List> stronglyConnectedComponents = inspector.getStronglyConnectedComponents; System.out.println("所有强连通分量:"); inti =1; for(Graph component : stronglyConnectedComponents) { System.out.println("第"+i+"个强连通分量:"+component); i++; } } private static void printVertexAndEdge(Graph graph){ // 打印图中的所有顶点 Set allVertex = graph.vertexSet; System.out.println("图中的顶点和边: "+ allVertex+".边:"); // 打印图中的所有边 Set allEdge = graph.edgeSet; for(DefaultEdge edge : allEdge) { Integer source = graph.getEdgeSource(edge); Integer target = graph.getEdgeTarget(edge); System.out.print(source + "->"+ target+"\t"); } System.out.println; } }

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