cpp-algo-cases/chapter_graph/graph_adjacency_matrix.cpp

/**
 * File: graph_adjacency_matrix.cpp
 * Created Time: 2023-02-09
 * Author: what-is-me (whatisme@outlook.jp)
 */

#include "../utils/common.hpp"

/* 基于邻接矩阵实现的无向图类 */
class GraphAdjMat {
    vector<int> vertices;       // 顶点列表，元素代表“顶点值”，索引代表“顶点索引”
    vector<vector<int>> adjMat; // 邻接矩阵，行列索引对应“顶点索引”

  public:
    /* 构造方法 */
    GraphAdjMat(const vector<int> &vertices, const vector<vector<int>> &edges) {
        // 添加顶点
        for (int val : vertices) {
            addVertex(val);
        }
        // 添加边
        // 请注意，edges 元素代表顶点索引，即对应 vertices 元素索引
        for (const vector<int> &edge : edges) {
            addEdge(edge[0], edge[1]);
        }
    }

    /* 获取顶点数量 */
    int size() const {
        return vertices.size();
    }

    /* 添加顶点 */
    void addVertex(int val) {
        int n = size();
        // 向顶点列表中添加新顶点的值
        vertices.push_back(val);
        // 在邻接矩阵中添加一行
        adjMat.emplace_back(vector<int>(n, 0));
        // 在邻接矩阵中添加一列
        for (vector<int> &row : adjMat) {
            row.push_back(0);
        }
    }

    /* 删除顶点 */
    void removeVertex(int index) {
        if (index >= size()) {
            throw out_of_range("顶点不存在");
        }
        // 在顶点列表中移除索引 index 的顶点
        vertices.erase(vertices.begin() + index);
        // 在邻接矩阵中删除索引 index 的行
        adjMat.erase(adjMat.begin() + index);
        // 在邻接矩阵中删除索引 index 的列
        for (vector<int> &row : adjMat) {
            row.erase(row.begin() + index);
        }
    }

    /* 添加边 */
    // 参数 i, j 对应 vertices 元素索引
    void addEdge(int i, int j) {
        // 索引越界与相等处理
        if (i < 0 || j < 0 || i >= size() || j >= size() || i == j) {
            throw out_of_range("顶点不存在");
        }
        // 在无向图中，邻接矩阵关于主对角线对称，即满足 (i, j) == (j, i)
        adjMat[i][j] = 1;
        adjMat[j][i] = 1;
    }

    /* 删除边 */
    // 参数 i, j 对应 vertices 元素索引
    void removeEdge(int i, int j) {
        // 索引越界与相等处理
        if (i < 0 || j < 0 || i >= size() || j >= size() || i == j) {
            throw out_of_range("顶点不存在");
        }
        adjMat[i][j] = 0;
        adjMat[j][i] = 0;
    }

    /* 打印邻接矩阵 */
    void print() {
        cout << "顶点列表 = ";
        printVector(vertices);
        cout << "邻接矩阵 =" << endl;
        printVectorMatrix(adjMat);
    }
};

/* Driver Code */
int main() {
    /* 初始化无向图 */
    // 请注意，edges 元素代表顶点索引，即对应 vertices 元素索引
    vector<int> vertices = {1, 3, 2, 5, 4};
    vector<vector<int>> edges = {{0, 1}, {0, 3}, {1, 2}, {2, 3}, {2, 4}, {3, 4}};
    GraphAdjMat graph(vertices, edges);
    cout << "\n初始化后，图为" << endl;
    graph.print();

    /* 添加边 */
    // 顶点 1, 2 的索引分别为 0, 2
    graph.addEdge(0, 2);
    cout << "\n添加边 1-2 后，图为" << endl;
    graph.print();

    /* 删除边 */
    // 顶点 1, 3 的索引分别为 0, 1
    graph.removeEdge(0, 1);
    cout << "\n删除边 1-3 后，图为" << endl;
    graph.print();

    /* 添加顶点 */
    graph.addVertex(6);
    cout << "\n添加顶点 6 后，图为" << endl;
    graph.print();

    /* 删除顶点 */
    // 顶点 3 的索引为 1
    graph.removeVertex(1);
    cout << "\n删除顶点 3 后，图为" << endl;
    graph.print();

    return 0;
}