山东建筑大学数据结构设计介绍

山东建筑大学计算机科学与技术学院

课程设计说明书

题目：基于逆邻接表的有向图基本操作的实现课程：数据结构

院（部）：计算机学院

专业：计科

班级：133

学生姓名：潘含笑

学号：20131111092

指导教师：李盛恩

完成日期：2015.07.03

目录

课程设计任务书.................................................. I 课程设计任务书................................................. II 逆邻接链表实现有向图.. (3)

一、问题描述 (3)

二、数据结构 (3)

三、逻辑设计 (3)

四、编码 (5)

五、测试数据 (14)

六、测试情况 (16)

逆邻接链表实现有向图 (17)

一、问题描述 (17)

二、数据结构 (17)

三、逻辑设计 (17)

四、编码 (18)

五、测试数据 (24)

七、测试情况 (24)

结论 (26)

课程设计指导教师评语 (28)

山东建筑大学计算机科学与技术学院

课程设计任务书

指导教师（签字）：教研室主任（签字）

山东建筑大学计算机科学与技术学院

课程设计任务书

指导教师（签字）：教研室主任（签字）

逆邻接链表实现有向图

二、数据结构

三、逻辑设计

1、总体思路

先实现Network类，通过队列实现BFS，通过堆栈实现DFS和拓扑排序。再构建Graph类，并继承Network类实现以逆邻接链表为存储结构的有向图。

2、模块划分（以图示的方法给出各个函数的调用关系）

3、函数或类的具体定义和功能Network类：

virtual int Begin(int i) = 0;//确定起始顶点

virtual int Nextvertex(int i) = 0;//下一个顶点

virtual int Edges()=0;//确定点

virtual int Vertices()=0;//确定边

virtual void Initializepos(int i)=0;//让迭代器等于链表的第i个顶点的第一个元素

virtual void Deactivatepos(int i)=0;//删除迭代器指的元素

void BFS(int v,int reach[],int label,int a[]);//宽度遍历

void DFS(int v,int reach[],int label,int a[]);//深度遍历

bool Topological(int v[]);//拓扑排序

virtual ~Network();//析构函数

Graph类：

virtual ~Graph();//析构函数

int InDegree(int node);//入度

int OutDegree(int node);//出度

Graph& Add(int node1, int node2);//添加点

Graph& Delete(int node1, int node2);//删除点

int Begin(int i);//确定起始顶点

int Nextvertex(int i);//下一个顶点

int Edges() {return e;}//确定点

int Vertices() {return n;}//确定边

void Initializepos(int i){pos=al[i].begin(); }////让迭代器等于链表的第i个顶点的第一个元素

void Deactivatepos(int i){al[i].erase(pos);}//删除迭代器指的元素

void Out();//输出函数

四、编码

//Network.h

#include

#include

#include

#include

using namespace std;

class Network {

public:

virtual int Begin(int i) = 0;

virtual int Nextvertex(int i) = 0;

virtual int Edges()=0;

virtual int Vertices()=0;

virtual void Initializepos(int i)=0;//让迭代器等于链表的第i点的第一个元素

virtual void Deactivatepos(int i)=0;//删除迭代器指的元素void BFS(int v,int reach[],int label,int a[]);//宽度遍历

void DFS(int v,int reach[],int label,int a[]);//深度遍历

bool Topological(int v[]);//拓扑排序

virtual ~Network();

};

//Network.cpp

#include "Network.h"

void Network::BFS(int v,int reach[],int label,int a[])

{

int n=Vertices(); //获取n的值,有几个顶点

queue Q; //创建一个队列

int k=0; //定义一个k来使元素得到保存

reach[v]=label; //标记点

a[k++]=v; //用数组记录BFS的遍历顺序

Q.push(v); //把一个元素加入队列 while(!Q.empty())

{

int x;

x=Q.front(); //获取队列中的第一个元素

Q.pop(); //让队列中的第一个元

素出队

for(int i=1;i<=n;i++) //寻找x的下一个节点

{

int u=Begin(i);

if((u==x)&&(!reach[i])) //因为是逆邻接链表

{

Q.push(i);

reach[i]=label;

a[k++]=i; //把标记的元素放入遍历数组

}

while(u) //看后面是不是还有节点 {

u=Nextvertex(i);

if((u==x)&&(!reach[i]))

{

Q.push(i);

reach[i]=label;

a[k++]=i;

}

}

}

}

for(int i=v;i

if(reach[i]==label)

cout<<"执行完BFS后第"<

else

cout<<"执行完BFS后第"<

}

cout<<"从节点"<

for(int i=1;i

cout<

};

cout<

}

void Network::DFS(int v,int reach[],int label,int a[])

{

stack S; ///创建一个堆栈

int n=Vertices(); //获取n的值

int k=0;

S.push(v); //把元素v加入堆栈 while(!S.empty())

{

int x=S.top(); //获取堆栈的栈顶元素

if(!reach[x]) //如果元素没被标记，就把元素标记

{ reach[x]=label;

a[k++]=x;

S.pop(); //把堆栈的栈顶弹出 for(int i=1;i<=n;i++) //获取节点的下一个元素

{

int u=Begin(i);

if((u==x)&&(!reach[i]))

{

S.push(i); //把元素加入堆栈

}

while(u)

{

u=Nextvertex(i);

if((u==x)&&(!reach[i]))

{

S.push(i);

}

}

}

}

else

S.pop(); //如果被标记元素就弹出

}

for(int i=v;i

if(reach[i]==label)

cout<<"执行完DFS后第"<

else

cout<<"执行完DFS后第"<

"<

}

cout<<"从节点1开始DFS遍历的顺序是";

for(int i=1;i

{

cout<

};

cout<

}

bool Network::Topological(int v[])

{

int n=Vertices(); //获取n的值vector a(n+1);

stack S; //创建一个堆栈

for(int i=1;i<=n ;i++) //初始化数组a，使每个点的a等于0，用来记录点的入度

a[i]=0;

for(int i=1;i<=n;i++) //遍历整个邻接链表，有入度的节点增加a的值

{

int x=Begin(i);

while(x)

{

a[i]++;

x=Nextvertex(i); //后面有元素，则入度加1

}

}

for( int i=1;i<=n;i++) //如果a=0，把元素加入堆栈

if(a[i]==0) S.push(i);

int k=1;

while(!S.empty())

{

int y;

y=S.top(); //拿出第一个元素

S.pop();

v[k++]=y; //弹出获取值的元素

for(int i=1;i<=n;i++) //遍历整个邻接链表，使有y的元素的入度减一

{

int u=Begin(i);

if(u==y&&a[i]!=0)

{

a[i]--;

if(a[i]==0) S.push(i); //如果有入度等于0的元素，把元素加入堆栈

}

while(u)

{

u=Nextvertex(i);

if(u==y&&a[i]!=0)

{

a[i]--;

if(a[i]==0) S.push(i);

}

}

}

}

if(k==n+1)

return true;

else

return false;

}

Network::~Network() {

}

//Graph.h

#include

#include

#include

#include

#include"Network.h"

using namespace std;

class Graph:public Network{

public:

Graph(int);

virtual ~Graph();

int InDegree(int node);

int OutDegree(int node);

Graph& Add(int node1, int node2);

Graph& Delete(int node1, int node2);

int Begin(int i);

int Nextvertex(int i);

int Edges() {return e;}

int Vertices() {return n;}

void Initializepos(int i){pos=al[i].begin(); }

void Deactivatepos(int i){al[i].erase(pos);}

void Out();

private:

int n;

int e;

vector > al;

list::iterator pos;

};

//Graph.cpp

#include "Graph.h"

Graph::Graph(int num) {

e=0; //初始化边，顶点n=num;

al.resize(n+1); //开空间

}

Graph::~Graph() {

}

int Graph::InDegree(int node)

{

return al[node].size();

}

int Graph::OutDegree(int node)

{

list::iterator q; //开链表的迭代器int i=0;

for(int p=1;p<=n;p++)

{

q=find(al[p].begin(),al[p].end(),node);

if(q!=al[p].end()) i++;

}

return i;

}

Graph& Graph::Add(int node1, int node2){

if(node1 < 1 || node1 > n || node2 < 1 || node2 > n) return *this;

list::iterator p;

p = find(al[node2].begin(), al[node2].end(), node1); //寻找有没有node1

if (p != al[node2].end()) return *this; //如果有，返回else{

al[node2].push_back(node1);

e++;

}

return *this;

}

Graph& Graph::Delete(int node1, int node2){

if(node1 < 1 || node1 > n || node2 < 1 || node2 > n) return *this;

list::iterator p;

p = find(al[node2].begin(), al[node2].end(), node1);

if (p ==al[node2].end()) return *this;

else

{

al[node2].erase(p); //删除要删除的元素

e--;

}

return *this;

}

void Graph::Out(){

for(int i = 1; i <=n; i++){

list::iterator p;

cout<<"逆邻接链表中第"<

for(p = al[i].begin(); p != al[i].end(); p++) cout << *p << ' ';

cout <

}

return;

}

int Graph::Begin(int i)

{

if(i<1||i>n) cout<<"无该点";

Initializepos(i);

if(pos==al[i].end())

return 0;

else

return *pos;

}

int Graph::Nextvertex(int i)

{

if(i<1||i>n) cout<<"无该点";

pos++;

if(pos!=al[i].end())

return *pos;

else

return 0;

}

五、测试数据

#include"Graph.h"

#include"Network.h"

int b[20];

int b1[20];

int c[20];

int a[20];

int a1[20];

int main(void)

{

int n=6;

int label=2;

Graph g(n); //创建对象

g.Add(1,4).Add(1,3).Add(2,4).Add(2,5).Add(3,4).Add(3,6).Add(4,6).Add(

5,6);

g.Out();

g.BFS(1,b,label,b1);

cout<

g.DFS(1,a,label,a1);

for(int i=1;i<=n;i++)

{

cout<<"节点"<

cout<

cout<<"节点"<

cout<

}

g.Topological(c); //执行拓扑排序

for(int i=1;i<=n;i++)

cout<<"拓扑排序的第"<

cout<

g.Delete(4,6);

g.Out();

}

六、测试情况

双向循环链表

一、问题描述

实现双向循环链表。

二、数据结构

三、逻辑设计

1、总体思路

先构造双向循环链表的节点类，再逐步实现双向循环链表的基本函数。

2、模块划分（以图示的方法给出各个函数的调用关系）

3、函数或类的具体定义和功能

template

class DoubleCircular{

public:

DoubleCircular();//构造函数

~DoubleCircular();//析构函数

bool IsEmpty() const;//判断是否为空

int length() const;//计算长度

bool Find(int k,T& x) const;//判断节点是否存在

int Search(const T& x) const;//查找节点

DoubleCircular& Insert(int k,const T& x);//插入节点DoubleCircular& Delete(int k, T& x);//删除节点

void Output(ostream & out) const;//输出函数

private:

DoubleCircularNode *first;

};

四、编码

//DoubleCircular.h

template

class DoubleCircularNode;

#include

using namespace std;

template

class DoubleCircular{

public:

DoubleCircular();

~DoubleCircular();

bool IsEmpty() const;

int length() const;

bool Find(int k,T& x) const;

int Search(const T& x) const;

DoubleCircular& Insert(int k,const T& x);

DoubleCircular& Delete(int k, T& x);

void Output(ostream & out) const;