c - 如何研究图数据结构和 BFS & DFS

Question

我最近在研究数据结构，我在图方面遇到了麻烦。我读了这本书:Data Structures and Algorithm Analysis in C (2nd Edition) .

其实我也看了一些其他的算法书籍，我发现几乎没有一本书给我完整的图实现。尽管我可以阅读伪代码并理解 BFS 和 DFS 的运行方式，以及图形中用于解决问题的其他一些算法，但我仍然想要一个完整的实现来帮助我更好地理解它的工作原理。但是，在学习图的时候在这里写代码不重要吗？我不确定。

另外，我发现了一些关于 BFS 和 DFS 的 ACM 问题。不知道怎么表达，好像BFS和DFS只是解决思路，并没有写出标准的BFS代码。所以这让我很难学习数据结构。

不好意思表达不好，我现在是美国的留学生。

最后，我从Mastering Algorithms with C复制了这段代码并对其进行了分析。但我仍然无法理解其中的一部分。这是代码的一部分:

typedef struct BfsVertex_ {
    void *data;
    VertexColor color;
    int hops;
} BfsVertex;

typedef struct AdjList_ {
    void *vertex;
    Set adjacent;
} AdjList;

typedef struct Graph_ {
    int  vcount;
    int  ecount;
    List adjlists;
    int  (*match)(const void *key1, const void *key2);
    void (*destroy)(void *data);
} Graph;

int BFS(Graph *graph, BfsVertex *start, List *hops) {

    Queue     queue;
    AdjList   *adjlist, *clr_adjlist;
    BfsVertex *clr_vertex, *adj_vertex;
    ListElem  *element, *member;

    /* init all of the vertices in the graph */
    for (element = list_head(&graph_adjlists(graph));
         element != NULL;
         element = list_next(element)) {

        clr_vertex = ((AdjList *)list_data(element))->vertex;

        if (graph->match(clr_vertex, start)) {
            clr_vertex->color = gray;
            clr_vertex->hops = 0;
        } else {
            clr_vertex = white;
            clr_vertex->hops = -1;
        }
    }

    /* init the queue with the adjacency list of the start vertex */
    queue_init(&queue, NULL);
    if (graph_adjlist(graph, start, &clr_adjlist) != 0) {
        queue_destroy(&queue);
        return -1;
    }

    if (queue_enqueue(&queue, clr_adjlist) != 0) {
        queue_destroy(&queue);
        return -1;
    }

    /* perform Breadth-First Search */
    while (queue_size(&queue) > 0) {

        adjlist = queue_peek(&queue);

        /* traverse each vertex in the current adjacency list */
        for (member = list_head(&adjlist->adjacent);
             member != NULL;
             member = list_next(member)) {

            adj_vertex = list_data(member);

            /* determine the color of the next adjacent vertex */
            if (graph_adjlist(graph, adj_vertex, &clr_adjlist) != 0) {
                queue_destroy(&queue);
                return -1;
            }
            clr_vertex = clr_adjlist->vertex;

            /* color each white vertex gray and enqueue its adjacency list */
            if (clr_vertex->color == white) {
                clr_vertex->color = gray;
                clr_vertex->hops = ((BfsVertex *)adjlist->vertex)->hops + 1;

                if (queue_enqueue(&queue, clr_adjlist) != 0) {
                    queue_destroy(&queue);
                    return -1;
                }
            }
        }

        /* dequeue the current adjacency list and color its vertex black */
        if (queue_dequeue(&queue, (void **)&adjlist) == 0) {
            ((BfsVertex *)adjlist->vertex)->color = black;
        } else {
            queue_destroy(&queue);
            return -1;
        }
    }

    queue_destroy(&queue);

    /* pass back the hop count for each vertex in a list */
    list_init(hops, NULL);

    for (element = list_head(&graph_adjlists(graph));
         element != NULL;
         element = list_next(element)) {

        /* skip vertices that were not visited (those with hop counts of -1) */
        clr_vertex = ((AdjList *)list_data(element))->vertex;
        if (clr_vertex->hops != -1) {
            if (list_ins_next(hops, list_tail(hops), clr_vertex) != 0) {
                list_destroy(hops);
                return -1;
            }
        }
    }

    return 0;
}

我在这里遇到了麻烦:这个初始化是如何工作的？它遍历图的邻接表，并将彩色顶点分配给图中的每个顶点。但是着色后，clr_vertex 改变了它的对象，颜色和距离信息是如何保存的？

 /* init all of the vertices in the graph */
        for (element = list_head(&graph_adjlists(graph));
             element != NULL;
             element = list_next(element)) {

            clr_vertex = ((AdjList *)list_data(element))->vertex;

            if (graph->match(clr_vertex, start)) {
                clr_vertex->color = gray;
                clr_vertex->hops = 0;
            } else {
                clr_vertex = white;
                clr_vertex->hops = -1;
            }
        }

感谢您阅读这么长的问题。

Answer 1

How to study graph data structures and BFS & DFS

一个词:抽象。

无论使用何种编程语言，您都需要理解它们。您只需要一支笔和一张纸。这将使实现变得非常清楚。图应该是抽象对象，其中选择了 prog。语言与概念无关。

I still want a full implementation helping me better understand how it works.

DFS 和 BFS 只是遍历(即遍历)图形的两种不同方式。不多不少。这种行走的结果就是文献中所谓的搜索树。完整实现如下:

1. 在小图上手动运行 DFS 和 BFS。 (这将返回一个搜索树)

2. 根据您的实现检查它。

当然，这些都是太笼统的技巧。说到练习，你可以结合其他技巧来修改它们，或者用它们做任何你想做的事。现在，您可以将它们视为 DFS=Stack，BFS=Queue