20202312郭威 实验九 《面向对象程序设计》实验报告
作者:互联网
2002312 2021-2022-1 实验九 《图》实验报告
课程:《程序设计与数据结构》
班级: 2023
姓名: 郭威
学号:20202312
实验教师:王志强
实验日期:2021年12月9日
必修/选修: 必修
1.实验内容
(1) 初始化:根据屏幕提示(例如:输入1为无向图,输入2为有向图)初始化无向图和有向图(可用邻接矩阵,也可用邻接表),图需要自己定义(顶点个数、边个数,建议先在草稿纸上画出图,然后再输入顶点和边数)(2分)
(2) 图的遍历:完成有向图和无向图的遍历(深度和广度优先遍历)(4分)
(3) 完成有向图的拓扑排序,并输出拓扑排序序列或者输出该图存在环(3分)
(4) 完成无向图的最小生成树(Prim算法或Kruscal算法均可),并输出(3分)
(5) 完成有向图的单源最短路径求解(迪杰斯特拉算法)(3分)
PS:本题12分。目前没有明确指明图的顶点和连通边,如果雷同或抄袭,本次实验0分。
实验报告中要根据所编写的代码解释图的相关算法
2.实验过程及结果
(1)初始化
1 public class Graph { 2 Vertex[] VertexArray; 3 Edge[] EdgeArray; 4 int edgenum,vertexnum; 5 int adjmatrix[][]; 6 public void CreateGraph(int num) 7 { 8 Scanner scan = new Scanner(System.in); 9 System.out.println("请输入顶点数与边数"); 10 vertexnum=scan.nextInt(); 11 edgenum=scan.nextInt(); 12 adjmatrix=new int[vertexnum][vertexnum]; 13 VertexArray=new Vertex[vertexnum]; 14 EdgeArray=new Edge[edgenum]; 15 System.out.println("请输入顶点:"); 16 for(int i=0;i<vertexnum;i++){ 17 VertexArray[i]=new Vertex(scan.next()); 18 } 19 for(int i=0;i<edgenum;i++){ 20 String a,b; 21 Vertex from,to; 22 int c; 23 System.out.println("请输入边的两顶点与权值:"); 24 from=SearchVertex(scan.next()); 25 to=SearchVertex(scan.next()); 26 c= scan.nextInt(); 27 EdgeArray[i]=new Edge(from,to,c); 28 adjmatrix[SearchIndex(from.name)][SearchIndex(to.name)]=c; 29 from.outdegree++; 30 to.indegree++; 31 if(num==2){ 32 adjmatrix[SearchIndex(to.name)][SearchIndex(from.name)]=c; 33 from.outdegree--; 34 to.indegree--; 35 } 36 } 37 } 38 39 public int SearchIndex(String name){ 40 for(int i=0;i<VertexArray.length;i++) 41 { 42 if(VertexArray[i].name.equals(name)) 43 return i; 44 } 45 return -1; 46 } 47 48 public Vertex SearchVertex(String name) 49 { 50 for(int i=0;i<VertexArray.length;i++){ 51 if(VertexArray[i].name.equals(name)) 52 return VertexArray[i]; 53 } 54 return null; 55 }
(2) 图的遍历:
1 public String BreadthFirstTraversal(String first){ 2 Vertex temp; 3 String result=""; 4 Queue<Vertex> queue=new LinkedList(); 5 queue.offer(SearchVertex(first)); 6 SearchVertex(first).Mark(); 7 while(!queue.isEmpty()){ 8 temp=queue.poll(); 9 result+=temp.name; 10 for(int i=0;i<vertexnum;i++){ 11 if(adjmatrix[SearchIndex(temp.name)][i]!=0&&!VertexArray[i].isMark) { 12 queue.offer(VertexArray[i]); 13 VertexArray[i].Mark(); 14 } 15 } 16 } 17 for(int i=0;i<vertexnum;i++){ VertexArray[i].wipe(); } 18 return result; 19 } 20 public String DepthTraversal(String first){ 21 String result=first; 22 SearchVertex(first).Mark(); 23 for(int i=0;i<vertexnum;i++){ 24 if(adjmatrix[SearchIndex(first)][i]!=0&&!VertexArray[i].isMark) { 25 result += DepthTraversal(VertexArray[i].name); 26 } 27 } 28 return result; 29 } 30 public String DepthFirstTraversal(String first){ 31 String a=DepthTraversal(first); 32 for(int i=0;i<vertexnum;i++){ VertexArray[i].wipe(); } 33 return a; 34 }
(3) 有向图的拓扑排序
1 public String topology(){ 2 String a=""; 3 Stack<Vertex> stack=new Stack<Vertex>(); 4 int indegreearray[]=new int[vertexnum]; 5 boolean ismark[]=new boolean[vertexnum]; 6 for(int i=0;i< VertexArray.length;i++) { 7 indegreearray[i] = VertexArray[i].indegree; 8 ismark[i]=false; 9 if(indegreearray[i]==0){stack.push(VertexArray[i]);ismark[i]=true;} 10 } 11 while(!stack.isEmpty()) { 12 Vertex temp = stack.pop(); 13 a += temp.name + " "; 14 for (int i = 0; i < vertexnum; i++) { 15 if (adjmatrix[SearchIndex(temp.name)][i]!=0) { 16 indegreearray[i]--; 17 for (int j = 0; j < vertexnum; j++) { 18 if (indegreearray[j] == 0 && !ismark[j]) { stack.push(VertexArray[j]);ismark[j] = true; } 19 } 20 } 21 } 22 } 23 for(int i=0;i<vertexnum;i++) 24 if(!ismark[i])return "该图存在环"; 25 return a; 26 }
(4) 完成无向图的最小生成树
1 public Graph spanningTree(){ 2 Graph spanning =new Graph(); 3 Scanner scan=new Scanner(System.in); 4 Edge []an=new Edge[vertexnum-1]; 5 int anweight[]=new int[vertexnum-1]; 6 String a=""; 7 spanning.VertexArray=this.VertexArray; 8 spanning.EdgeArray=new Edge[vertexnum-1]; 9 spanning.edgenum=vertexnum-1; 10 spanning.vertexnum=vertexnum; 11 System.out.print("请输入起点:"); 12 Vertex as= SearchVertex(scan.next()); 13 boolean appear=false; 14 for(int i=0;i<vertexnum-1;i++){ 15 an[i]=new Edge(); 16 an[i].from=as; 17 if(VertexArray[i]==as)appear=true; 18 if(appear)an[i].to=VertexArray[i+1]; 19 else an[i].to=VertexArray[i]; 20 for(int j=0;j<edgenum;j++){ 21 if(EdgeArray[j].from==an[i].from&&EdgeArray[j].to==an[i].to) {an[i].weight=EdgeArray[j].weight;break;} 22 if(EdgeArray[j].from==an[i].to&&EdgeArray[j].to==an[i].from){an[i].weight=EdgeArray[j].weight;break;} 23 } 24 } 25 for(int r=0,min=0,max=0;r<vertexnum-1;r++){ 26 for(int j=0;j<vertexnum-1;j++){ 27 if(an[j].weight<an[min].weight&&an[j].weight>0&&anweight[j]>=0){min=j;} 28 if(an[j].weight>an[max].weight&&an[j].weight>0&&anweight[j]>=0){max=j;} 29 } 30 anweight[min]=-1; 31 spanning.EdgeArray[r]=an[min]; 32 a+=an[min].from.name+" "+an[min].to.name+" "+an[min].weight+"\n"; 33 for(int t=0;t<vertexnum-1;t++){ 34 for(int j=0;j<edgenum;j++){ 35 if(EdgeArray[j].from==an[min].to&&EdgeArray[j].to==an[t].to&&anweight[t]>=0) { 36 anweight[t]=EdgeArray[j].weight; 37 break;} 38 if(EdgeArray[j].from==an[t].to&&EdgeArray[j].to==an[min].to&&anweight[t]>=0){ 39 anweight[t]=EdgeArray[j].weight; 40 break;} 41 } 42 if(anweight[t]<an[t].weight&&anweight[t]>0){an[t].from=an[min].to;an[t].weight=anweight[t];} 43 if(an[t].weight==-1){an[t].from=an[min].to;an[t].weight=anweight[t];} 44 } 45 min=max; 46 } 47 System.out.println(a); 48 return spanning; 49 }
(5) 完成有向图的单源最短路径求解(迪杰斯特拉算法)
1 public void Dijkstra(){ 2 Scanner scan=new Scanner(System.in); 3 String a="",b=""; 4 System.out.print("请输入起点"); 5 b=scan.next(); 6 Vertex begin=SearchVertex(b); 7 Path ShortestEdge[]=new Path[vertexnum]; 8 Path shortest[]=new Path[vertexnum-1]; 9 for(int i=0,j=0;i<vertexnum;i++){ 10 if(VertexArray[i]!=begin) { 11 ShortestEdge[j]=new Path(begin,VertexArray[i],1000000000);j++; 12 } 13 } 14 for(int i = 0,k=0; i<vertexnum-1;i++){ 15 Path min=new Path(); 16 Path con=new Path(3); 17 for(int j=0;j<vertexnum;j++){ 18 int tempweight=adjmatrix[SearchIndex(begin.name)][j]; 19 if(SearchIndex(begin.name)!=j) { 20 if (ShortestEdge[k].weight!= con.weight) { 21 Path temp1 =new Path(ShortestEdge[k]), temp2 ; 22 if(i>0) temp2 =new Path(shortest[i-1]); 23 else temp2=ShortestEdge[k]; 24 if (tempweight != 0 &&temp2.Add(begin, ShortestEdge[k].end, tempweight).weight < temp1.weight){ 25 ShortestEdge[k]=temp2; 26 } 27 else { 28 ShortestEdge[k] = temp1; 29 } 30 if (ShortestEdge[k].weight < min.weight) min = ShortestEdge[k]; 31 } 32 k++; 33 } 34 } 35 ShortestEdge[vertexnum-1]=new Path(min); 36 shortest[i]=new Path(min); 37 a+=b+" "+shortest[i].end.name+" "+shortest[i].weight+"\n"; 38 begin=min.end; 39 min.weight=con.weight; 40 k=0; 41 } 42 System.out.println(a); 43 }
3.实验过程中遇到的问题和解决过程
- 问题1:在输入无向图时老是报错,进行调试也没能解决
- 问题1解决方案:仔细查找,发现是自己的输入方式出现了问题,调整后,显示成功。
## 其他(感悟、思考等)
感觉这次图的实验好难啊,好多算法自己还不是很清楚,感觉还得多花时间去搞懂。
## 参考资料
- [《Java程序设计与数据结构教程(第二版)》](https://book.douban.com/subject/26851579/)
- [《Java程序设计与数据结构教程(第二版)》学习指导](http://www.cnblogs.com/rocedu/p/5182332.html)
- ...
标签:weight,min,int,anweight,vertexnum,20202312,面向对象,new,实验报告 来源: https://www.cnblogs.com/dismaster/p/15707847.html