hello-algo/zh-hant/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
from pathlib import Path

sys.path.append(str(Path(__file__).parent.parent))
from modules import Vertex, print_matrix


class GraphAdjMat:
    """基於鄰接矩陣實現的無向圖類別"""

    def __init__(self, vertices: list[int], edges: list[list[int]]):
        """建構子"""
        # 頂點串列，元素代表“頂點值”，索引代表“頂點索引”
        self.vertices: list[int] = []
        # 鄰接矩陣，行列索引對應“頂點索引”
        self.adj_mat: list[list[int]] = []
        # 新增頂點
        for val in vertices:
            self.add_vertex(val)
        # 新增邊
        # 請注意，edges 元素代表頂點索引，即對應 vertices 元素索引
        for e in edges:
            self.add_edge(e[0], e[1])

    def size(self) -> int:
        """獲取頂點數量"""
        return len(self.vertices)

    def add_vertex(self, val: int):
        """新增頂點"""
        n = self.size()
        # 向頂點串列中新增新頂點的值
        self.vertices.append(val)
        # 在鄰接矩陣中新增一行
        new_row = [0] * n
        self.adj_mat.append(new_row)
        # 在鄰接矩陣中新增一列
        for row in self.adj_mat:
            row.append(0)

    def remove_vertex(self, index: int):
        """刪除頂點"""
        if index >= self.size():
            raise IndexError()
        # 在頂點串列中移除索引 index 的頂點
        self.vertices.pop(index)
        # 在鄰接矩陣中刪除索引 index 的行
        self.adj_mat.pop(index)
        # 在鄰接矩陣中刪除索引 index 的列
        for row in self.adj_mat:
            row.pop(index)

    def add_edge(self, i: int, j: int):
        """新增邊"""
        # 參數 i, j 對應 vertices 元素索引
        # 索引越界與相等處理
        if i < 0 or j < 0 or i >= self.size() or j >= self.size() or i == j:
            raise IndexError()
        # 在無向圖中，鄰接矩陣關於主對角線對稱，即滿足 (i, j) == (j, i)
        self.adj_mat[i][j] = 1
        self.adj_mat[j][i] = 1

    def remove_edge(self, i: int, j: int):
        """刪除邊"""
        # 參數 i, j 對應 vertices 元素索引
        # 索引越界與相等處理
        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):
        """列印鄰接矩陣"""
        print("頂點串列 =", self.vertices)
        print("鄰接矩陣 =")
        print_matrix(self.adj_mat)


"""Driver Code"""
if __name__ == "__main__":
    # 初始化無向圖
    # 請注意，edges 元素代表頂點索引，即對應 vertices 元素索引
    vertices = [1, 3, 2, 5, 4]
    edges = [[0, 1], [0, 3], [1, 2], [2, 3], [2, 4], [3, 4]]
    graph = GraphAdjMat(vertices, edges)
    print("\n初始化後，圖為")
    graph.print()

    # 新增邊
    # 頂點 1, 2 的索引分別為 0, 2
    graph.add_edge(0, 2)
    print("\n新增邊 1-2 後，圖為")
    graph.print()

    # 刪除邊
    # 頂點 1, 3 的索引分別為 0, 1
    graph.remove_edge(0, 1)
    print("\n刪除邊 1-3 後，圖為")
    graph.print()

    # 新增頂點
    graph.add_vertex(6)
    print("\n新增頂點 6 後，圖為")
    graph.print()

    # 刪除頂點
    # 頂點 3 的索引為 1
    graph.remove_vertex(1)
    print("\n刪除頂點 3 後，圖為")
    graph.print()