离散数学应用实践Word文件下载.docx
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(一)问题描述
编写一个程序,从控制台输入一个用邻接矩阵表示的图,程序实现判断该图是不是树,并从控制台输出判断结果。
(二)实验准备
《离散数学》《数据结构》《Java程序设计语言》
开发环境:
eclipse
编程语言:
Java
(三)算法分析
(四)
该程序运用的是定理“T连通且m=n-1”“T连通且无圈”“连通且不含圈的图称为数”《离散数学》P226.
实验中,为图的每个的节点设置一个flag标志,标记每个节点是否被访问过,我用广度遍历从其中一个节点开始沿边遍历,如果图是连通的,那无论从哪个顶点开始遍历,每个顶点都会被访问过,既被访问过的节点数=图的节点数。
这可以证明图是连通的;
接下来,计算出图的边数m;
继而可以判断m是否等于图的节点数n-1;
“T连通且m=n-1”“T连通且无圈”
“连通且不含圈的图称为数”
最终证明图是树。
判断连通性,如图:
Aa
Bb
Cc
Dd
(1)
(2)
图
(1)中,图是连通的,无论从哪个节点遍历,都能把整个图遍历了,m=n-1;
图
(2)中,图是不连通的,对其的遍历要么只遍历c,要么只遍历了abd,m!
=n-1。
计算图的边数,如图
1
对图的邻接矩阵进行遍历,计算出边的数目m;
(五)程序源代码
importjava.util.Scanner;
publicclassisTree{
privateInteger[][]elems;
//图的邻接矩阵表示
privateBoolean[]flag;
//对元素是否被访问进行标记
privateintvexNum;
//图的顶点数
privateclassQueue//队列
{
privateInteger[]qs;
privateintcapacity;
privateintpFront=0;
privateintpBack=0;
publicQueue(intn)
{
capacity=n;
qs=newInteger[n];
}
publicIntegerQueueOut()
inta=(qs[pFront]).intValue();
pFront=(++pFront)%capacity;
returna;
publicvoidQueueIn(intn)
pBack=(pBack++)%capacity;
qs[pBack]=newInteger(n);
publicBooleanisEmpty()
returnpBack==pFront;
}
publicvoidSetElems(Integer[][]elems)
this.elems=elems;
publicvoidSetThisElems(Strings,inti)
for(intj=0;
j<
this.vexNum;
j++)
elems[i][j]=Integer.parseInt("
"
+s.charAt(j));
publicvoidSetNum(intvexNum)
this.vexNum=vexNum;
elems=newInteger[vexNum][vexNum];
flag=newBoolean[vexNum];
publicInteger[][]GetElems()
returnthis.elems;
publicBoolean[]GetFlag()
returnthis.flag;
publicintGetVexNum()
returnthis.vexNum;
publicvoidBFSTraverse()//对图的广度遍历
Queuequ=newQueue(this.vexNum);
qu.QueueIn(0);
while(!
qu.isEmpty())
//System.out.println("
x"
);
inta=qu.QueueOut();
flag[a]=true;
for(inti=0;
i<
i++)
{
if(flag[i]!
=true&
&
elems[a][i]==1)
{
qu.QueueIn(i);
}
//System.out.println(i);
}
publicintGetEdgeNum()//返回一个图的边数
intnum=0;
for(inti=0;
for(intj=0;
if(this.elems[i][j]!
=0)num++;
returnnum/2;
publicbooleanIsConnectedGraph()//判断一个图是否连通
intn=0;
BFSTraverse();
if(this.flag[i]=true)n++;
returnn==this.vexNum;
publicbooleanIsTree()
booleanb=IsConnectedGraph();
intn=GetEdgeNum();
returnb&
(n==this.vexNum-1);
publicisTree(){
//TODOAuto-generatedconstructorstub
elems=newInteger[20][20];
flag=newBoolean[20];
vexNum=20;
/**
*@paramargs
*/
publicstaticvoidmain(String[]args){
//TODOAuto-generatedmethodstub
isTreee=newisTree();
System.out.printf("
请输入图中节点的数目:
\n"
@SuppressWarnings("
resource"
)
Scannerinput=newScanner(System.in);
Stringis=input.nextLine();
intn=Integer.parseInt(is);
e.SetNum(n);
请输入用邻接矩阵表示的图("
+e.GetVexNum()+"
):
e.GetVexNum();
e.SetThisElems(input.nextLine(),i);
您输入的图是树吗?
+(e.IsTree()?
是的!
:
不是!
));
}
(六)测试数据与运行结果
测试数据:
i.是树的图:
01000
10111
ii.不是数的图:
01100
11000
实验结果:
ii.不是树的图:
(七)算法复杂性分析与讨论
这次试验的理论难点在于程序理论依据,既:
“T连通且m=n-1”
“T连通且无圈”
“连通且不含圈的图称为数”的证明。
实现难点在于图的遍历(本实验用了广度遍历)。
本程序的空间复杂度:
图的邻接矩阵的存储n^2,flag的存储n,既空间复杂度O(n^2);
时间复杂度为O(n^2)。