深入理解链式前向星

Posted 2021-02-16 bianjunting

原文链接

　　首先我们了解一种数据结构，前向星，是以存边的方式存图的。我们把边集数组中的每一条边按照起点从小到大排序,如果起点相同就按照终点从小到大排序,并记录下以某个点为起点的所有边在数组中的起始位置和存储长度,那么前向星就构造好了.用len[i]来记录所有以i为起点的边在数组中的存储长度.用head[i]记录以i为边集在数组中的第一个存储位置.

　　假设我们输入有向图的边的顺序为:

1 2

2 3

3 4

1 3

4 1

1 5

4 5

那么排完序后就得到:

编号:     1      2      3      4      5      6      7

起点u:    1      1      1      2      3      4      4

终点v:    2      3      5      3      4      1      5

 

得到:

 

head[1] = 1    len[1] = 3

head[2] = 4    len[2] = 1

head[3] = 5    len[3] = 1

head[4] = 6    len[4] = 2

但是利用前向星会有排序操作,如果用快排时间至少为O(nlog(n))。

如果采用链式前向星我们就能避免排序。

我们建立边结构体为:

struct Edge

{

     int next;

     int to;

     int w;

};

 

其中edge[i].to表示第i条边的终点,edge[i].next表示与第i条边同起点的下一条边的存储位置,edge[i].w为边权值.

 

另外还有一个数组head[],它是用来表示以i为起点的第一条边存储的位置,实际上你会发现这里的第一条边存储的位置其实

在以i为起点的所有边的最后输入的那个编号.

 

head[]数组一般初始化为-1,对于加边的add函数是这样的:

1 void add(int u,int v,int w)
2 {
3     edge[cnt].w = w;
4     edge[cnt].to = v;
5     edge[cnt].next = head[u];
6     head[u] = cnt++;
7 }

初始化cnt = 0,这样,现在我们还是按照上面的图和输入来模拟一下:

edge[0].to = 2;     edge[0].next = -1;      head[1] = 0;

edge[1].to = 3;     edge[1].next = -1;      head[2] = 1;

edge[2].to = 4;     edge[2],next = -1;      head[3] = 2;

edge[3].to = 3;     edge[3].next = 0;       head[1] = 3;

edge[4].to = 1;     edge[4].next = -1;      head[4] = 4;

edge[5].to = 5;     edge[5].next = 3;       head[1] = 5;

edge[6].to = 5;     edge[6].next = 4;       head[4] = 6;

 

很明显,head[i]保存的是以i为起点的所有边中编号最大的那个,而把这个当作顶点i的第一条起始边的位置.

 

这样在遍历时是倒着遍历的,也就是说与输入顺序是相反的,不过这样不影响结果的正确性.

比如以上图为例,以节点1为起点的边有3条,它们的编号分别是0,3,5   而head[1] = 5

 

我们在遍历以u节点为起始位置的所有边的时候是这样的:

 

1 for(int i=head[u];~i;i=edge[i].next)

 

 

那么就是说先遍历编号为5的边,也就是head[1],然后就是edge[5].next,也就是编号3的边,然后继续edge[3].next,也

就是编号0的边,可以看出是逆序的.