hello-algo/codes/python/chapter_graph/graph_adjacency_matrix.py

"""
File: graph_adjacency_matrix.py
Created Time: 2023-02-23
Author: Krahets (krahets@163.com)
"""

import sys, os.path as osp
sys.path.append(osp.dirname(osp.dirname(osp.abspath(__file__))))
from modules import *

class GraphAdjMat:
    """ 基于邻接矩阵实现的无向图类 """
    # 顶点列表，元素代表“顶点值”，索引代表“顶点索引”
    vertices: List[int] = []
    # 邻接矩阵，行列索引对应“顶点索引”
    adj_mat: List[List[int]] = []

    def __init__(self, vertices: List[int], edges: List[List[int]]) -> None:
        """ 构造方法 """
        self.vertices: List[int] = []
        self.adj_mat: List[List[int]] = []
        # 添加顶点
        for val in vertices:
            self.add_vertex(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 e in edges:
            self.add_edge(e[0], e[1])

    def size(self) -> int:
        """ 获取顶点数量 """
        return len(self.vertices)

    def add_vertex(self, val: int) -> None:
        """ 添加顶点 """
        n = self.size()
        # 向顶点列表中添加新顶点的值
        self.vertices.append(val)
        # 在邻接矩阵中添加一行
        new_row = [0] * n
        self.adj_mat.append(new_row)
        # 在邻接矩阵中添加一列
        for row in self.adj_mat:
            row.append(0)

    def remove_vertex(self, index: int) -> None:
        """ 删除顶点 """
        if index >= self.size():
            raise IndexError()
        # 在顶点列表中移除索引 index 的顶点
        self.vertices.pop(index)
        # 在邻接矩阵中删除索引 index 的行
        self.adj_mat.pop(index)
        # 在邻接矩阵中删除索引 index 的列
        for row in self.adj_mat:
            row.pop(index)

    def add_edge(self, i: int, j: int) -> None:
        """ 添加边 """
        # 参数 i, j 对应 vertices 元素索引
        # 索引越界与相等处理
        if i < 0 or j < 0 or i >= self.size() or j >= self.size() or i == j:
            raise IndexError()
        # 在无向图中，邻接矩阵沿主对角线对称，即满足 (i, j) == (j, i)
        self.adj_mat[i][j] = 1
        self.adj_mat[j][i] = 1

    def remove_edge(self, i: int, j: int) -> None:
        """ 删除边 """
        # 参数 i, j 对应 vertices 元素索引
        # 索引越界与相等处理
        if i < 0 or j < 0 or i >= self.size() or j >= self.size() or i == j:
            raise IndexError()
        self.adj_mat[i][j] = 0
        self.adj_mat[j][i] = 0

    def print(self) -> None:
        """ 打印邻接矩阵 """
        print("顶点列表 =", self.vertices)
        print("邻接矩阵 =")
        print_matrix(self.adj_mat)


""" Driver Code """
if __name__ == "__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
    vertices: List[int] = [1, 3, 2, 5, 4]
    edges: List[List[int]] = [[0, 1], [0, 3], [1, 2], [2, 3], [2, 4], [3, 4]]
    graph = GraphAdjMat(vertices, edges)
    print("\n初始化后，图为")
    graph.print()

    """ 添加边 """
    # 顶点 1, 2 的索引分别为 0, 2
    graph.add_edge(0, 2)
    print("\n添加边 1-2 后，图为")
    graph.print()

    """ 删除边 """
    # 顶点 1, 3 的索引分别为 0, 1
    graph.remove_edge(0, 1)
    print("\n删除边 1-3 后，图为")
    graph.print()

    """ 添加顶点 """
    graph.add_vertex(6)
    print("\n添加顶点 6 后，图为")
    graph.print()

    """ 删除顶点 """
    # 顶点 3 的索引为 1
    graph.remove_vertex(1)
    print("\n删除顶点 3 后，图为")
    graph.print()