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[技术交流] 最小生成树算法,最短路径算法,网络流算法

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发表于 2014-2-8 22:33:46 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 andalousie 于 2014-3-16 08:38 编辑

大家万事如意,大家心想事成。这里给出最小生成树的两种算法的C++版本。这里来列一下清单
主测试文件:
MST.cpp
图的头文件和实现文件
graph.h graph.cc
Prim算法的补充文件
List.h list.cc //用于实现一个简易的双向循环链优先队列
Kruskal算法的补充文件
DisjointSet.h DisjointSet.cc //用于实现并查集

MST.cpp
#include <iostream>
#include "graph.h"

int main(){    
        /** Creates a graph with 12 vertices */
    Graph g1(10);

    /** Adds edges to the graph */
    g1.addEdge(1, 2, 5); g1.addEdge(1, 3, 7);
    g1.addEdge(2, 3, 9); g1.addEdge(2, 6, 6);
    g1.addEdge(2, 5, 15); g1.addEdge(3, 4, 8);
    g1.addEdge(3, 5, 7); g1.addEdge(4, 5, 5);
    g1.addEdge(5, 6, 8); g1.addEdge(5, 7, 9);
    g1.addEdge(6, 7, 11);

    /** Explores all vertices findable from vertex 1 */
    g1.Prim(2);
    g1.Kruskal(2);
}
graph.h
#if !defined (GRAPH_H)
#define GRAPH_H

/************************************************************

Class Graph represents a Graph [V,E] having vertices V and
edges E.

************************************************************/
class Graph {
    private:
        int    _n;  /// n is the number of vertices in the graph
        int ** _A;  /// A stores the edges between two vertices
    public:
        Graph(int size = 2);
        ~Graph();
        bool isConnected(int, int);
        void addEdge(int x, int y, int d);
        void Prim(int s);
        void Kruskal(int s);
};

#endif
graph.cc
#include <iostream>
#include "graph.h"
#include "List.h"
#include "DisjointSet.h"

Graph::Graph(int size) {
    int i, j;
    if (size < 2) _n = 2;
    else _n = size;
    _A = new int*[_n];
    for (i = 0; i < _n; ++i)
        _A[i] = new int[_n];
    for (i = 0; i < _n; ++i)
        for (j = 0; j < _n; ++j)
            _A[i][j] = 0;
} 

Graph::~Graph() {
    for (int i = 0; i < _n; ++i)
    delete [] _A[i];
    delete [] _A;
} 

/******************************************************
Checks if two given vertices are connected by an edge
@param u vertex
@param v vertex
@return true if connected false if not connected
******************************************************/
bool Graph::isConnected(int x, int y) {
    return (_A[x-1][y-1] != 0);
} 

/*****************************************************
adds an edge E to the graph G.
@param u vertex
@param v vertex
*****************************************************/
void Graph::addEdge(int x, int y, int d) {
    _A[x-1][y-1] = d; _A[y-1][x-1] = d;
} 

/*****************************************************
performs Prim's algorithm
@param s initial vertex
*****************************************************/
void Graph::Prim(int s) {
    Queue Q;

    /** Keeps track of explored vertices */
    int  *explored = new int [_n+1];
    int  *grown    = new int [_n+1];
    bool *done     = new bool[_n+1];

    /** Initailized all vertices */
    for (int i = 1; i <= _n; ++i)
    {
        grown[i] = 0;
        done [i] = false;
                if(isConnected(s, i))
                {
                  prior D1(s, i, _A[s-1][i-1]);
                  Q.Put(D1);
                  explored[i] = _A[s-1][i-1];
                }
                else
                  explored[i] = 0;
    }
    
    grown   [1] = s;
    explored[s] = 1;
    done    [s] = true;

    int t = 2;
        /** Unless the queue is empty */
    while (!Q.isEmpty()) {
        
        prior e = Q.Get();
                /** Pop the vertex from the queue */
        grown[t] = e.val;

                /** display the explored vertices */
        std::cout << e.fval << "-" << e.val << " ";
        done[grown[t]] = true;

        /** From the explored vertex v try to explore all the
        connected vertices */
        for (int w = 1; w <= _n; ++w)

            /** Explores the vertex w if it is connected to v */
            if (isConnected(grown[t], w)) {
                if(!explored[w])
                {
                        prior D2(grown[t], w, _A[grown[t]-1][w-1]);
                                        /** adds the vertex w to the queue */
                        Q.Put(D2);
                        /** marks the vertex w as visited */
                        explored[w] = _A[grown[t]-1][w-1];
                }
                                else
                                {
                                        if(!done[w] && _A[grown[t]-1][w-1] < explored[w])
                                        {
                                                prior D3(grown[t], w, _A[grown[t]-1][w-1]);
                                                Q.Push(D3);
                                                explored[w] = _A[grown[t]-1][w-1];
                                        }
                                }
            }
        t++;
    } 
    std::cout << std::endl;
    delete [] explored;
    delete [] grown;
    delete [] done;
}

void Graph::Kruskal(int s) {
        Queue Q;
        DisjointSet UF(_n);
        for (int i=1; i<_n; ++i)
        {
                for(int j=i+1; j<_n; ++j)
                if(isConnected(i, j))
                {
                  prior D1(i, j, _A[i-1][j-1]);
                  Q.Put(D1);
                }
        }
        
        while (!Q.isEmpty() && UF.Count() != 1) {
                prior e = Q.Get();
                int v = e.fval; int w = e.val;
                if(UF.Find(v, w)) continue;
                UF.Unite(v, w);
                std::cout << v << "-" << w << " ";
        }
}
List.h
#if !defined (LIST_H)
#define LIST_H

class prior{
public:
        prior(int u, int v, int p)
         :fval(u), val(v), priority(p)
        {}
        int        fval;
        int        val;
        const int  priority;
};

class DLink
{
public:
        DLink (prior id) 
                : _id (id)
        {
                _pPrev = this;
                _pNext = this;
        }
        DLink *  Prev () const { return _pPrev; }
        DLink *  Next () const { return _pNext; }
        void    SetPrev (DLink* pPrev) { _pPrev = pPrev; }
        void    SetNext (DLink* pNext) { _pNext = pNext; }
        prior   Id () const { return _id; }
        void    Unlink();
private:
        DLink *  _pPrev;
        DLink *  _pNext;
        prior     _id;
};

class Queue
{
public:
        Queue (): _pHead (0) {}
        ~Queue ();
        void    Put ( prior id );
        void    Push ( prior id );
        prior   Get ();
        bool    isEmpty () { return _pHead == 0; }
        DLink * GetHead () const { return _pHead; }
protected: 
        DLink*  _pHead;
};

#endif
list.cc
#include "list.h"
#include <iostream>
#include <cassert>

void DLink::Unlink()
{
  assert (_pNext != 0);
  assert (_pPrev != 0);
  _pNext->SetPrev (_pPrev);
  _pPrev->SetNext (_pNext);
  _pPrev = this;
  _pNext = this;
}

void Queue::Put (prior id)
{
  DLink * pLink = new DLink (id);
  if (_pHead == 0)
    _pHead = pLink;
  else if(_pHead->Next () == _pHead)
  {
        pLink->SetNext (_pHead);
    pLink->SetPrev (_pHead->Prev ());
    _pHead->SetNext (pLink);
    _pHead->SetPrev (pLink);
    if(id.priority >= _pHead->Id().priority)
      _pHead = pLink;
  }
  else
  {
          DLink * tLink;
          for (tLink = GetHead();
         id.priority < tLink->Id().priority;
         tLink = tLink->Next ())
    {
            if(tLink == _pHead->Prev())
            {
                    if(id.priority < tLink->Id().priority)
                    {
                            pLink->SetNext (_pHead);
                            pLink->SetPrev (_pHead->Prev ());
                            _pHead->Prev ()->SetNext (pLink);
                            _pHead->SetPrev (pLink);
                            return;
                    }
                    break;
            }
    }
    pLink->SetNext (tLink);
    pLink->SetPrev (tLink->Prev ());
    pLink->Prev ()->SetNext (pLink);
    pLink->Next ()->SetPrev (pLink);
    if(tLink == _pHead)
                _pHead = pLink;
  }
}

void Queue::Push (prior id)
{
  DLink * nLink = new DLink (id);
  if (_pHead == 0)
    _pHead = nLink;
  else if(_pHead->Next () == _pHead)
  {
          if(id.val == _pHead->Id().val)
          {
            _pHead = nLink;
            return;
          }
          else
            Put(id);
  }
  else
  {
          bool flag = false;
          for (DLink * fLink = GetHead();;
             fLink = fLink->Next ())
        {
                if(fLink == _pHead->Prev())
                {
                        if(id.val == fLink->Id().val)
                        {
                                fLink->Unlink();
                                flag = true;
                        }
                        flag = true;
                }
                if(id.val == fLink->Id().val)
                {
                        if(fLink == _pHead)
                                _pHead = _pHead->Next();
                        fLink->Unlink();
                        flag = true;
                }
                if(flag) break;
        }
        Put(id);
  }
}

prior Queue::Get ()
{
  assert (_pHead != 0);
  DLink * pLink = _pHead->Prev ();
  if (pLink == _pHead) // last one
    _pHead = 0;
  pLink->Unlink ();
  prior result = pLink->Id ();
  delete pLink;
  return result;
}

Queue::~Queue ()
{
  // free the Queue
  while ( _pHead != 0 )
  {
    DLink * pLink = _pHead->Prev ();
    if (pLink == _pHead)
      _pHead = 0;
    pLink->Unlink (); // unlink pLink
    delete pLink;
  }
}
DisjointSet.h
#if !defined (DISJOINTSET_H)
#define DISJOINTSET_H

class DisjointSet
{
private:
        int *_id;   // parent link (site indexed)
        int *_sz;   // size of component for roots (site indexed)
        int _count; // number of components
        int _root(int i);
public:
        DisjointSet(int N);
        int Count() { return _count; }
        bool Find(int p,int q);
        void Unite(int p,int q);
        ~DisjointSet(void);
};

#endif
DisjointSet.cc
#include "DisjointSet.h"
 
DisjointSet::DisjointSet(int N)
 : _count(N)
{
    _id = new int[N];
    _sz = new int[N];
    for(int i=0; i<N; ++i)
    {
        _id[i] = i;
        _sz[i] = 1;
    }
}

int DisjointSet::_root(int i)
{
    while (i != _id[i])
    {
        _id[i] = _id[_id[i]]; //Path compression.
        i = _id[i];
    }
    return i;
}

bool DisjointSet::Find(int p, int q)
{
    return _root(p) == _root(q);
}
 
void DisjointSet::Unite(int p, int q)
{
    //Link root of smaller tree to root of larger tree.
    int i = _root(p);
    int j = _root(q);
    if(_sz[i] < _sz[j])
    {
        _id[i] = j; _sz[j] += _sz[i];
    }
    else
    {
        _id[j] = i; _sz[i] += _sz[j];
    }
    _count--;
}

DisjointSet::~DisjointSet(void)
{
    delete [] _id;
    delete [] _sz;
}
结果输出
2-1 2-6 1-3 3-5 5-4 5-7
1-2 4-5 2-6 1-3 3-5 5-7
第二个更新版本见4楼。改良了代码,还增加了Dijkstra最短路径算法。第三个更新版本见5楼,修改了代码以适应vc6.0,增加了网络流算法,修改了GenericPQ中null和Comp的实现。
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 楼主| 发表于 2014-2-10 20:26:06 | 显示全部楼层
更新了算法,补充了Kruskal算法。 来看看吧
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 楼主| 发表于 2014-2-18 16:06:39 | 显示全部楼层
本帖最后由 andalousie 于 2014-2-18 16:49 编辑

其实大家应该发现我的山寨优先队列把复杂度直接拖到O(n^2)了吧。。。
可以看看这个,虽然只把顶点的遍历顺序输出出来了,但是这回的优先队列可是O(logn)的,这个代码段用了新的优先队列。
void Graph::Prim(int s) {
    PriorityQueue Q(24);

    /** Keeps track of explored vertices */
    int  *explored = new int [_n+1];
    int  *grown    = new int [_n+1];

    /** Initailized all vertices */
    for (int i = 1; i <= _n; ++i)
    {
        grown[i] = 0;
                if(isConnected(s, i))
                {
                  Q.insert(i, _A[s-1][i-1]);
                  explored[i] = _A[s-1][i-1];
                }
                else
                  explored[i] = 0;
    }
    
    grown   [1] = s;
    explored[s] = 1;
    std::cout << grown[1] << " ";

    int t = 2;
        /** Unless the queue is empty */
    while (!Q.isEmpty()) {
        
        /** Pop the vertex from the queue */
        grown[t] = Q.pop();

                /** display the explored vertices */
        std::cout << grown[t] << " ";

        /** From the explored vertex v try to explore all the
        connected vertices */
        for (int w = 1; w <= _n; ++w)

            /** Explores the vertex w if it is connected to v */
            if (isConnected(grown[t], w)) {
                if(!explored[w])
                {
                                        /** adds the vertex w to the queue */
                        Q.insert(w, _A[grown[t]-1][w-1]);
                        /** marks the vertex w as visited */
                        explored[w] = _A[grown[t]-1][w-1];
                }
                                else
                                {
                                        if(Q.contains(w) && _A[grown[t]-1][w-1] < explored[w])
                                        {
                                                Q.change(w, _A[grown[t]-1][w-1]);
                                                explored[w] = _A[grown[t]-1][w-1];
                                        }
                                }
            }
        t++;
    } 
    std::cout << std::endl;
    delete [] explored;
    delete [] grown;
}
优先队列
PQ.h
#if !defined (PQ_H)
#define PQ_H

class PriorityQueue{
private:
        int  _N = 0;
        int  *_pq;
        int  *_index;
        int  *_prior;
public:
        PriorityQueue(int capacity);
        ~PriorityQueue();
        bool  isEmpty() const { return _N == 0; }
        bool  contains(int k) const { return _index[k] != -1; }
        void  insert(int k, int priority);
        void  change(int i, int priority);
        int   pop();
private:
        void swim(int k);
        void sink(int k);
        bool comp(int i, int j) { return _prior[_pq[i]] > _prior[_pq[j]]; }
        void swap(int i, int j)
        {
                int ex = _pq[i];
                _pq[i] = _pq[j];
                _pq[j] = ex;
                _index[_pq[i]] = i;
                _index[_pq[j]] = j;
        }
};

PriorityQueue::PriorityQueue(int capacity)
{
        _prior = new int[capacity+1];
        _pq    = new int[capacity+1];
        _index = new int[capacity+1];
        for (int i = 0; i <= capacity; ++i) _index[i] = -1;
}

PriorityQueue::~PriorityQueue(void)
{
        delete [] _pq;
        delete [] _index;
        delete [] _prior;
}

void PriorityQueue::swim(int k)
{
        while (k > 1 && comp(k/2, k))
        {
                swap(k, k/2);
                k = k/2;
        }
}

void PriorityQueue::insert(int k, int priority)
{
        _N++;
        _index[k] = _N;
        _pq[_N]   = k;
        _prior[k] = priority;
        swim(_N);
}

void PriorityQueue::change(int i, int priority)
{
        _prior[i] = priority;
        swim(_index[i]);
        sink(_index[i]);
}

void PriorityQueue::sink(int k)
{
        while (2*k <= _N)
        {
                int j = 2*k;
                if (j < _N && comp(j, j+1)) j++;
                if (!comp(k, j)) break;
                swap(k, j);
                k = j;
        }
}

int PriorityQueue::pop()
{
        int min = _pq[1];
        swap(1, _N--);
        sink(1);
        _prior[_pq[_N+1]] = 0;
        _index[_pq[_N+1]] = -1;
        return min;
}

#endif

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 楼主| 发表于 2014-2-19 11:51:26 | 显示全部楼层
本帖最后由 andalousie 于 2014-2-19 11:53 编辑

一个更新版本
主测试文件:
MST.cpp
图的头文件和实现文件
graph.h graph.cc
Prim算法的补充文件
PQ.h //用堆实现一个含索引的最小优先队列
Kruskal算法的补充文件
DisjointSet.h DisjointSet.cc //用于实现并查集,文件不变。
GPQ.h //用于实现泛型最小优先队列。
Dijkstra最短路径算法
PQ.h //和Prim算法一样
stack.h, stack.cc //实现栈结构。文件参考我另一篇文章的代码
下面就是需要列出的文件
graph.h
#if !defined (GRAPH_H)
#define GRAPH_H

/************************************************************

Class Graph represents a Graph [V,E] having vertices V and
edges E.

************************************************************/
class Graph {
    private:
        int    _n;  /// n is the number of vertices in the graph
        int ** _A;  /// A stores the edges between two vertices
    public:
        Graph(int size = 2);
        ~Graph();
        bool isConnected(int, int);
        void addEdge(int x, int y, int d);
        void Prim(int s);
        void Kruskal(int s);
        void Dijkstra(int s, int q);
};

struct Edge{
        Edge() {};
        Edge(int u, int v, int d)
        : fval(u), val(v), weight(d)
        {}
        int fval;
        int val;
        int weight;
};

#endif
graph.cc
#include <iostream>
#include "graph.h"
#include "PQ.h"
#include "GPQ.h"
#include "DisjointSet.h"
#include "stack.h"

Graph::Graph(int size) {
    int i, j;
    if (size < 2) _n = 2;
    else _n = size;
    _A = new int*[_n];
    for (i = 0; i < _n; ++i)
        _A[i] = new int[_n];
    for (i = 0; i < _n; ++i)
        for (j = 0; j < _n; ++j)
            _A[i][j] = 0;
} 

Graph::~Graph() {
    for (int i = 0; i < _n; ++i)
    delete [] _A[i];
    delete [] _A;
} 

/******************************************************
Checks if two given vertices are connected by an edge
@param u vertex
@param v vertex
@return true if connected false if not connected
******************************************************/
bool Graph::isConnected(int x, int y) {
    return (_A[x-1][y-1] != 0);
} 

/*****************************************************
adds an edge E to the graph G.
@param u vertex
@param v vertex
*****************************************************/
void Graph::addEdge(int x, int y, int d) {
    _A[x-1][y-1] = d; _A[y-1][x-1] = d;
} 

/*****************************************************
performs Prim's algorithm
@param s initial vertex
*****************************************************/
void Graph::Prim(int s) {
    PriorityQueue Q(24);

    /** Keeps track of explored vertices */
    int  *explored = new int [_n+1];
    int  *grown    = new int [_n+1];
    int  *prev     = new int [_n+1];

    /** Initailized all vertices */
    for (int i = 1; i <= _n; ++i)
    {
        grown[i] = 0;
                if(isConnected(s, i))
                {
                  Q.insert(i, _A[s-1][i-1]);
                  explored[i] = _A[s-1][i-1];
                  prev    [i] = s;
                }
                else
                {
                  explored[i] = 0;
                  prev    [i] = 0;
                }
    }
    
    grown   [1] = s;
    explored[s] = 1;

    int t = 2;
        /** Unless the queue is empty */
    while (!Q.isEmpty()) {
        
        /** Pop the vertex from the queue */
        grown[t] = Q.pop();

                /** display the explored vertices */
        std::cout << prev[grown[t]] << "-" << grown[t] << " ";

        /** From the explored vertex v try to explore all the
        connected vertices */
        for (int w = 1; w <= _n; ++w)

            /** Explores the vertex w if it is connected to v */
            if (isConnected(grown[t], w)) {
                if(!explored[w])
                {
                                        /** adds the vertex w to the queue */
                        Q.insert(w, _A[grown[t]-1][w-1]);
                        /** marks the vertex w as visited */
                        explored[w] = _A[grown[t]-1][w-1];
                        prev    [w] = grown[t];
                }
                                else
                                {
                                        if(Q.contains(w) && _A[grown[t]-1][w-1] < explored[w])
                                        {
                                                Q.change(w, _A[grown[t]-1][w-1]);
                                                explored[w] = _A[grown[t]-1][w-1];
                                                prev    [w] = grown[t];
                                        }
                                }
            }
        t++;
    } 
    std::cout << std::endl;
    delete [] explored;
    delete [] grown;
    delete [] prev;
}

/*****************************************************
performs Kruskal's algorithm
@param s initial vertex
*****************************************************/
void Graph::Kruskal(int s) {
        GenericPQ<Edge> Q(16);
        DisjointSet UF(_n);
        for (int i=1; i<_n; ++i)
        {
                for(int j=i+1; j<_n; ++j)
                if(isConnected(i, j))
                {
                  Edge e(i, j, _A[i-1][j-1]);
                  Q.insert(e);
                }
        }
        
        while (!Q.isEmpty() && UF.Count() != 1) {
                Edge e = Q.pop();
                int  v = e.fval;
                int  w = e.val;
                if(UF.Find(v, w)) continue;
                UF.Unite(v, w);
                std::cout << v << "-" << w << " ";
        }
        std::cout << std::endl;
}

/*****************************************************
performs Dijkstra's algorithm
@param s initial vertex
*****************************************************/
void Graph::Dijkstra(int s, int q) {
    PriorityQueue Q(16);
    IStack stack;

    /** Keeps track of explored vertices */
    int  *explored = new int [_n+1];
    int  *grown    = new int [_n+1];
    int  *prev     = new int [_n+1];

    /** Initailized all vertices */
    for (int i = 1; i <= _n; ++i)
    {
        grown[i] = 0;
                if(isConnected(s, i))
                {
                  Q.insert(i, _A[s-1][i-1]);
                  explored[i] = _A[s-1][i-1];
                  prev    [i] = s;
                }
                else
                {
                  explored[i] = 0;
                  prev    [i] = 0;
                }
    }
    
    grown   [1] = s;
    explored[s] = 1;

    int t = 2;
        /** Unless the queue is empty */
    while (!Q.isEmpty()) {
        
        /** Pop the vertex from the queue */
        grown[t] = Q.pop();

        /** From the explored vertex v try to explore all the
        connected vertices */
        for (int w = 1; w <= _n; ++w)

            /** Explores the vertex w if it is connected to v */
            if (isConnected(grown[t], w)) {
                if(!explored[w])
                {
                                        /** adds the vertex w to the queue */
                        Q.insert(w, explored[t] + _A[grown[t]-1][w-1]);
                        /** marks the vertex w as visited */
                        explored[w] = explored[t] + _A[grown[t]-1][w-1];
                        prev    [w] = grown[t];
                }
                                else
                                {
                                        if(Q.contains(w) && explored[t] + _A[grown[t]-1][w-1] < explored[w])
                                        {
                                                Q.change(w, explored[t] + _A[grown[t]-1][w-1]);
                                                explored[w] = explored[t] + _A[grown[t]-1][w-1];
                                                prev    [w] = grown[t];
                                        }
                                }
            }
        t++;
    }
    
    t = q;
    while(prev[t])
    {
            stack.push(t);
                t = prev[t];
    }
    
    std::cout << s;
    while(!stack.isEmpty())
    {
            std::cout << "-" << stack.pop();
    }
    std::cout << std::endl;
    
    delete [] explored;
    delete [] grown;
    delete [] prev;
}
PQ.h
#if !defined (PQ_H)
#define PQ_H

class PriorityQueue{
private:
        int  _N = 0;
        int  *_pq;
        int  *_index;
        int  *_prior;
public:
        PriorityQueue(int capacity);
        ~PriorityQueue();
        bool  isEmpty() const { return _N == 0; }
        bool  contains(int k) const { return _index[k] != -1; }
        void  insert(int k, int priority);
        void  change(int i, int priority);
        int   pop();
private:
        void swim(int k);
        void sink(int k);
        bool comp(int i, int j) { return _prior[_pq[i]] > _prior[_pq[j]]; }
        void swap(int i, int j)
        {
                int ex = _pq[i];
                _pq[i] = _pq[j];
                _pq[j] = ex;
                _index[_pq[i]] = i;
                _index[_pq[j]] = j;
        }
};

PriorityQueue::PriorityQueue(int capacity)
{
        _prior = new int[capacity+1];
        _pq    = new int[capacity+1];
        _index = new int[capacity+1];
        for (int i = 0; i <= capacity; ++i) _index[i] = -1;
}

PriorityQueue::~PriorityQueue(void)
{
        delete [] _pq;
        delete [] _index;
        delete [] _prior;
}

void PriorityQueue::swim(int k)
{
        while (k > 1 && comp(k/2, k))
        {
                swap(k, k/2);
                k = k/2;
        }
}

void PriorityQueue::insert(int k, int priority)
{
        _N++;
        _index[k] = _N;
        _pq[_N]   = k;
        _prior[k] = priority;
        swim(_N);
}

void PriorityQueue::change(int i, int priority)
{
        _prior[i] = priority;
        swim(_index[i]);
        sink(_index[i]);
}

void PriorityQueue::sink(int k)
{
        while (2*k <= _N)
        {
                int j = 2*k;
                if (j < _N && comp(j, j+1)) j++;
                if (!comp(k, j)) break;
                swap(k, j);
                k = j;
        }
}

int PriorityQueue::pop()
{
        int min = _pq[1];
        swap(1, _N--);
        sink(1);
        _prior[_pq[_N+1]] = 0;
        _index[_pq[_N+1]] = -1;
        return min;
}

#endif
GPQ.h
#if !defined (GPQ_H)
#define GPQ_H

struct Edge nulledge;

template<class T>
class GenericPQ{
private:
        T    *_pq;               // heap-ordered complete binary tree
        int  _N = 0;             // in pq[1..N] with pq[0] unused
public:
        GenericPQ(int capacity);
        ~GenericPQ();
        bool isEmpty() { return _N == 0; }
        void insert(T x);
        T    pop();
private:
        void swim(int k);
        void sink(int k);
        //Compare and exchange methods for heap implementations
        bool comp(int i, int j) { return _pq[i].weight > _pq[j].weight; }
        void swap(int i, int j)
        {
                T ex   = _pq[i];
                _pq[i] = _pq[j];
                _pq[j] = ex;
        }
};

template<class T>
GenericPQ<T>::GenericPQ(int capacity)
{
        _pq = new T[capacity+1];
}

template<class T>
GenericPQ<T>::~GenericPQ(void)
{
        delete [] _pq;
}

/** Bottom-up reheapify (swim) implementation */
template<class T>
void GenericPQ<T>::swim(int k)
{
        while (k > 1 && comp(k/2, k))
        {
                swap(k, k/2);
                k = k/2;
        }
}

template<class T>
void GenericPQ<T>::insert(T x)
{
        _pq[++_N] = x;
        swim(_N);
}

/** Top-down reheapify (sink) implementation **/
template<class T>
void GenericPQ<T>::sink(int k)
{
        while (2*k <= _N)
        {
                int j = 2*k;
                if (j < _N && comp(j, j+1)) j++;
                if (!comp(k, j)) break;
                swap(k, j);
                k = j;
        }
}

template<class T>
T GenericPQ<T>::pop()
{
        T min = _pq[1];          // Retrieve max key from top.
        swap(1, _N--);           // Exchange with last item.
        sink(1);                 // Avoid loitering.
        _pq[_N+1] = nulledge;    // Restore heap property.
        return min;
}

#endif
MST.h
#include <iostream>
#include "graph.h"

int main(){
        /** Creates a graph with 12 vertices */
    Graph g1(10);

    /** Adds edges to the graph */
    g1.addEdge(1, 2, 5); g1.addEdge(1, 3, 7);
    g1.addEdge(2, 3, 9); g1.addEdge(2, 6, 6);
    g1.addEdge(2, 5, 15); g1.addEdge(3, 4, 8);
    g1.addEdge(3, 5, 7); g1.addEdge(4, 5, 5);
    g1.addEdge(5, 6, 8); g1.addEdge(5, 7, 9);
    g1.addEdge(6, 7, 11);

    /** Explores all vertices findable from vertex 1 */
    g1.Prim(2);
    g1.Kruskal(2);
    g1.Dijkstra(1, 6);
}
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 楼主| 发表于 2014-3-16 00:10:30 | 显示全部楼层
第三个版本
为了在vc6.0上面能够支持,稍做了修改。增加了最大流算法,但没有验证是否正确。
graph.h
#if !defined (GRAPH_H)
#define GRAPH_H

/************************************************************

Class Graph represents a Graph [V,E] having vertices V and
edges E.

************************************************************/
class Graph {
    private:
        int    _n;  /// n is the number of vertices in the graph
        int ** _A;  /// A stores the edges between two vertices
    public:
        Graph(int size = 2);
        ~Graph();
        bool isConnected(int, int);
        void addEdge(int x, int y, int d);
        void Prim(int s);
        void Kruskal(int s);
        void Dijkstra(int s, int q);
                bool BFS(int **residual, int s, int required, int *parent);
                int  Maxflow(int s, int q);
};

struct Edge{
        Edge() {}
        Edge(int null) {}
        Edge(int u, int v, int d)
        : fval(u), val(v), weight(d)
        {}
        bool operator > (Edge& other)
        {
                return weight > other.weight;
        }
        int fval;
        int val;
        int weight;
};

#endif
queue.h和queue.cpp参见http://bbs.fishc.com/thread-43422-1-1.html
GPQ.h
#if !defined (GPQ_H)
#define GPQ_H

template<class T>
class GenericPQ{
private:
        T    *_pq;               // heap-ordered complete binary tree
        T    _null;
        int  _N;             // in pq[1..N] with pq[0] unused
public:
        GenericPQ(int capacity);
        ~GenericPQ();
        bool isEmpty() { return _N == 0; }
        void insert(T x);
        T    pop();
private:
        void swim(int k);
        void sink(int k);
        //Compare and exchange methods for heap implementations
        bool comp(int i, int j) { return _pq[i] > _pq[j]; }
        void swap(int i, int j)
        {
                T ex   = _pq[i];
                _pq[i] = _pq[j];
                _pq[j] = ex;
        }
};

template<class T>
GenericPQ<T>::GenericPQ(int capacity)
:_N(0), _null(0)
{
        _pq = new T[capacity+1];
}

template<class T>
GenericPQ<T>::~GenericPQ(void)
{
        delete [] _pq;
}

/** Bottom-up reheapify (swim) implementation */
template<class T>
void GenericPQ<T>::swim(int k)
{
        while (k > 1 && comp(k/2, k))
        {
                swap(k, k/2);
                k = k/2;
        }
}

template<class T>
void GenericPQ<T>::insert(T x)
{
        _pq[++_N] = x;
        swim(_N);
}

/** Top-down reheapify (sink) implementation **/
template<class T>
void GenericPQ<T>::sink(int k)
{
        while (2*k <= _N)
        {
                int j = 2*k;
                if (j < _N && comp(j, j+1)) j++;
                if (!comp(k, j)) break;
                swap(k, j);
                k = j;
        }
}

template<class T>
T GenericPQ<T>::pop()
{
        T min = _pq[1];          // Retrieve max key from top.
        swap(1, _N--);           // Exchange with last item.
        sink(1);                 // Avoid loitering.
        _pq[_N+1] = _null;    // Restore heap property.
        return min;
}

#endif
graph.cc
#include <iostream>
#include "graph.h"
#include "queue.h"
#include "PQ.h"
#include "GPQ.h"
#include "DisjointSet.h"
#include "stack.h"

Graph::Graph(int size) {
    int i, j;
    if (size < 2) _n = 2;
    else _n = size;
    _A = new int*[_n];
    for (i = 0; i < _n; ++i)
        _A[i] = new int[_n];
    for (i = 0; i < _n; ++i)
        for (j = 0; j < _n; ++j)
            _A[i][j] = 0;
} 

Graph::~Graph() {
    for (int i = 0; i < _n; ++i)
    delete [] _A[i];
    delete [] _A;
} 

/******************************************************
Checks if two given vertices are connected by an edge
@param u vertex
@param v vertex
@return true if connected false if not connected
******************************************************/
bool Graph::isConnected(int x, int y) {
    return (_A[x-1][y-1] != 0);
} 

/*****************************************************
adds an edge E to the graph G.
@param u vertex
@param v vertex
*****************************************************/
void Graph::addEdge(int x, int y, int d) {
    _A[x-1][y-1] = d; _A[y-1][x-1] = d;
} 

/*****************************************************
performs Prim's algorithm
@param s initial vertex
*****************************************************/
void Graph::Prim(int s) {
    PriorityQueue Q(24);

    /** Keeps track of explored vertices */
    int  *explored = new int [_n+1];
    int  *grown    = new int [_n+1];
    int  *prev     = new int [_n+1];

    /** Initailized all vertices */
    for (int i = 1; i <= _n; ++i)
    {
        grown[i] = 0;
                if(isConnected(s, i))
                {
                  Q.insert(i, _A[s-1][i-1]);
                  explored[i] = _A[s-1][i-1];
                  prev    [i] = s;
                }
                else
                {
                  explored[i] = 0;
                  prev    [i] = 0;
                }
    }
    
    grown   [1] = s;
    explored[s] = 1;

    int t = 2;
        /** Unless the queue is empty */
    while (!Q.isEmpty()) {
        
        /** Pop the vertex from the queue */
        grown[t] = Q.pop();

                /** display the explored vertices */
        std::cout << prev[grown[t]] << "-" << grown[t] << " ";

        /** From the explored vertex v try to explore all the
        connected vertices */
        for (int w = 1; w <= _n; ++w)

            /** Explores the vertex w if it is connected to v */
            if (isConnected(grown[t], w)) {
                if(!explored[w])
                {
                                        /** adds the vertex w to the queue */
                        Q.insert(w, _A[grown[t]-1][w-1]);
                        /** marks the vertex w as visited */
                        explored[w] = _A[grown[t]-1][w-1];
                        prev    [w] = grown[t];
                }
                                else
                                {
                                        if(Q.contains(w) && _A[grown[t]-1][w-1] < explored[w])
                                        {
                                                Q.change(w, _A[grown[t]-1][w-1]);
                                                explored[w] = _A[grown[t]-1][w-1];
                                                prev    [w] = grown[t];
                                        }
                                }
            }
        t++;
    } 
    std::cout << std::endl;
    delete [] explored;
    delete [] grown;
    delete [] prev;
}

/*****************************************************
performs Kruskal's algorithm
@param s initial vertex
*****************************************************/
void Graph::Kruskal(int s) {
        GenericPQ<Edge> Q(16);
        DisjointSet UF(_n);
        for (int i=1; i<_n; ++i)
        {
                for(int j=i+1; j<_n; ++j)
                if(isConnected(i, j))
                {
                  Edge e(i, j, _A[i-1][j-1]);
                  Q.insert(e);
                }
        }
        
        while (!Q.isEmpty() && UF.Count() != 1) {
                Edge e = Q.pop();
                int  v = e.fval;
                int  w = e.val;
                if(UF.Find(v, w)) continue;
                UF.Unite(v, w);
                std::cout << v << "-" << w << " ";
        }
        std::cout << std::endl;
}

/*****************************************************
performs Dijkstra's algorithm
@param s initial vertex
*****************************************************/
void Graph::Dijkstra(int s, int q) {
    PriorityQueue Q(16);
    IStack stack;

    /** Keeps track of explored vertices */
    int  *explored = new int [_n+1];
    int  *grown    = new int [_n+1];
    int  *prev     = new int [_n+1];

    /** Initailized all vertices */
    for (int i = 1; i <= _n; ++i)
    {
        grown[i] = 0;
                if(isConnected(s, i))
                {
                  Q.insert(i, _A[s-1][i-1]);
                  explored[i] = _A[s-1][i-1];
                  prev    [i] = s;
                }
                else
                {
                  explored[i] = 0;
                  prev    [i] = 0;
                }
    }
    
    grown   [1] = s;
    explored[s] = 1;

    int t = 2;
        /** Unless the queue is empty */
    while (!Q.isEmpty()) {
        
        /** Pop the vertex from the queue */
        grown[t] = Q.pop();

        /** From the explored vertex v try to explore all the
        connected vertices */
        for (int w = 1; w <= _n; ++w)

            /** Explores the vertex w if it is connected to v */
            if (isConnected(grown[t], w)) {
                if(!explored[w])
                {
                                        /** adds the vertex w to the queue */
                        Q.insert(w, explored[t] + _A[grown[t]-1][w-1]);
                        /** marks the vertex w as visited */
                        explored[w] = explored[t] + _A[grown[t]-1][w-1];
                        prev    [w] = grown[t];
                }
                                else
                                {
                                        if(Q.contains(w) && explored[t] + _A[grown[t]-1][w-1] < explored[w])
                                        {
                                                Q.change(w, explored[t] + _A[grown[t]-1][w-1]);
                                                explored[w] = explored[t] + _A[grown[t]-1][w-1];
                                                prev    [w] = grown[t];
                                        }
                                }
            }
        t++;
    }
    
    t = q;
    while(prev[t])
    {
            stack.push(t);
                t = prev[t];
    }
    
    std::cout << s;
    while(!stack.isEmpty())
    {
            std::cout << "-" << stack.pop();
    }
    std::cout << std::endl;
    
    delete [] explored;
    delete [] grown;
    delete [] prev;
}

/*****************************************************
performs Breadth First Search
@param s initial vertex
*****************************************************/
bool Graph::BFS(int **residual, int s, int required, int *parent) {
    Queue Q;

    /** Keeps track of explored vertices */
    bool *explored = new bool[_n+1];

    /** Initailized all vertices as unexplored */
    for (int i = 1; i <= _n; ++i)
        explored[i] = false;

    /** Push initial vertex to the queue */
    Q.enqueue(s);
    explored[s] = true; /** mark it as explored */
        parent[s] = -1;

    /** Unless the queue is empty */
    while (!Q.isEmpty()) {
        /** Pop the vertex from the queue */
        int v = Q.dequeue();

        if(v == required)
                {
                        delete [] explored;
                        return true;
                }

        /** From the explored vertex v try to explore all the
        connected vertices */
        for (int w = 1; w <= _n; ++w)

            /** Explores the vertex w if it is connected to v
            and and if it is unexplored */
            if (residual[v-1][w-1] && !explored[w]) {
                /** adds the vertex w to the queue */
                Q.enqueue(w);
                                parent[w] = v;
                /** marks the vertex w as visited */
                explored[w] = true;
            }
    }
    delete [] explored;
        return false;
}

/*****************************************************
performs Edmonds–Karp algorithm
@param s initial vertex
*****************************************************/
int Graph::Maxflow(int s, int q)
{
    // Create a residual graph and fill the residual graph with
    // given capacities in the original graph as residual capacities
    // in residual graph
    int **residual = new int*[_n];
    for (int i = 0; i < _n; ++i)
        residual[i] = new int[_n];
                     // Residual graph where residual[i][j] indicates 
                     // residual capacity of edge from i to j (if there
                     // is an edge. If residual[i][j] is 0, then there is not)  
    for (int u = 0; u < _n; u++)
        for (int w = 0; w < _n; w++)
             residual[u][w] = _A[u][w];
 
    int *parent = new int [_n+1];  // This queue is filled by BFS and to store path
 
    int max_flow = 0;  // There is no flow initially
 
    // Augment the flow while tere is path from source to sink
        int v = 0;
    while (BFS(residual, s, q, parent))
    {
        // Find minimum residual capacity of the edhes along the
        // path filled by BFS. Or we can say find the maximum flow
        // through the path found.
                GenericPQ<int> cf(25);
        for (v = q; v != s; v = parent[v])
        {
            u = parent[v];
            cf.insert(residual[u-1][v-1]);
        }
                int path_flow = cf.pop();
 
        // update residual capacities of the edges and reverse edges
        // along the path
        for (v = q; v != s; v = parent[v])
        {
            u = parent[v];
            residual[u-1][v-1] -= path_flow;
            residual[v-1][u-1] += path_flow;
        }
 
        // Add path flow to overall flow
        max_flow += path_flow;
    }

        for (int j = 0; j < _n; ++j)
    delete [] residual[j];
        delete [] residual;
        delete [] parent;
    // Return the overall flow
    return max_flow;
}
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发表于 2014-3-16 01:50:07 | 显示全部楼层
看一看 看一看
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发表于 2014-3-16 08:41:12 | 显示全部楼层
看看。。。。。。。了解
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发表于 2014-3-16 09:43:03 | 显示全部楼层
感谢楼主分享,不错学习学习!
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发表于 2014-3-16 11:53:23 | 显示全部楼层
看看学习一下 ........
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