java 寻找图中两个点间所有可达路径

Posted 2021-05-08

package switchtest;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.Stack;

/**
 * 寻找图中两个点间所有可达路径
 */
public class RouteSearch {
    /* 临时保存路径节点的栈 */
    private final Stack<Node> stack = new Stack<>();
    /* 存储路径的集合 */
    private final ArrayList<Node[]> routes = new ArrayList<>();

    /* 判断节点是否在栈中 */
    private boolean isNodeInStack(Node node) {
        Iterator<Node> it = stack.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            Node node1 = it.next();
            if (node == node1)
                return true;
        }
        return false;
    }

    /* 此时栈中的节点组成一条所求路径，转储并打印输出 */
    private void saveRoute() {
        Node[] ns = new Node[stack.size()];
        stack.toArray(ns);
        routes.add(ns);
    }


    /**
     * 需找两个node间所有路径
     *
     * @param beginNode 起点
     * @param endNode   终点
     * @return list list中的一个数组表示一条路径，数组中元素顺序地表示从起点(含)到终点(含)所经过的节点
     */
    public ArrayList<Node[]> searchRoutes(Node beginNode, Node endNode) {
        getPaths(beginNode, null, beginNode, endNode);
        return routes;
    }

    /*
     * 寻找路径的方法
     * cNode: 当前的起始节点currentNode
     * pNode: 当前起始节点的上一节点previousNode
     * sNode: 最初的起始节点startNode
     * eNode: 终点endNode
     */
    private boolean getPaths(Node cNode, Node pNode, Node sNode, Node eNode) {
        Node nNode;
        /* 如果符合条件判断说明出现环路，不能再顺着该路径继续寻路，返回false */
        if (cNode != null && pNode != null && cNode == pNode)
            return false;

        if (cNode != null) {
            int i = 0;
            /* 起始节点入栈 */
            stack.push(cNode);
            /* 如果该起始节点就是终点，说明找到一条路径 */
            if (cNode == eNode) {
                /* 转储并打印输出该路径，返回true */
                saveRoute();
                return true;
            }
            /* 如果不是,继续寻路 */
            else {
                /*
                 * 从与当前起始节点cNode有连接关系的节点集中按顺序遍历得到一个节点
                 * 作为下一次递归寻路时的起始节点
                 */
                nNode = cNode.getRelationNodes().get(i);
                while (nNode != null) {
                    /*
                     * 如果nNode是最初的起始节点或者nNode就是cNode的上一节点或者nNode已经在栈中 ，
                     * 说明产生环路 ，应重新在与当前起始节点有连接关系的节点集中寻找nNode
                     */
                    if (pNode != null
                            && (nNode == sNode || nNode == pNode || isNodeInStack(nNode))) {
                        i++;
                        if (i >= cNode.getRelationNodes().size())
                            nNode = null;
                        else
                            nNode = cNode.getRelationNodes().get(i);
                        continue;
                    }
                    /* 以nNode为新的起始节点，当前起始节点cNode为上一节点，递归调用寻路方法 */
                    if (getPaths(nNode, cNode, sNode, eNode))/* 递归调用 */ {
                        /* 如果找到一条路径，则弹出栈顶节点 */
                        stack.pop();
                    }
                    /* 继续在与cNode有连接关系的节点集中测试nNode */
                    i++;
                    if (i >= cNode.getRelationNodes().size())
                        nNode = null;
                    else
                        nNode = cNode.getRelationNodes().get(i);
                }
                /*
                 * 当遍历完所有与cNode有连接关系的节点后，
                 * 说明在以cNode为起始节点到终点的路径已经全部找到
                 */
                stack.pop();
                return false;
            }
        } else
            return false;
    }

    public static void main(String[] args) {
        /* 定义节点关系 */
        int nodeRalation[][] =
                {
                        {1},      //0
                        {0, 5, 2, 3},//1
                        {1, 4},    //2
                        {1, 4},    //3
                        {2, 3, 5},  //4
                        {1, 4}     //5
                };

        /* 定义节点数组 */
        Node[] node = new Node[nodeRalation.length];

        for (int i = 0; i < nodeRalation.length; i++) {
            node[i] = new Node();
            node[i].setName("node" + i);
        }

        /* 定义与节点相关联的节点集合 */
        for (int i = 0; i < nodeRalation.length; i++) {
            ArrayList<Node> List = new ArrayList<Node>();

            for (int j = 0; j < nodeRalation[i].length; j++) {
                List.add(node[nodeRalation[i][j]]);
            }
            node[i].setRelationNodes(List);
        }

        /* 开始搜索所有路径 */
        RouteSearch s = new RouteSearch();
        ArrayList<Node[]> routes = s.searchRoutes(node[0], node[4]);
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (Node[] route : routes) {
            for (Node n : route) {
                sb.append(n.getName()).append("->");
            }
            sb.append("end\n");
        }
        System.out.println(sb.toString());
    }
}

class Node {
    public String name = null;
    public ArrayList<Node> relationNodes = new ArrayList<>();

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public ArrayList<Node> getRelationNodes() {
        return relationNodes;
    }

    public void setRelationNodes(ArrayList<Node> relationNodes) {
        this.relationNodes = relationNodes;
    }
}