Add kotlin code for the chapter of graph (#1102)

* feat(kotlin): add kotlin code for dynamic programming.

* Update knapsack.kt

* feat(kotlin): add kotlin codes for graph.

* style(kotlin): reformatted the codes.
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curtishd 2024-03-03 19:18:07 +08:00 committed by GitHub
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@ -0,0 +1,121 @@
/**
* File: graph_adjacency_list.kt
* Created Time: 2024-01-25
* Author: curtishd (1023632660@qq.com)
*/
package chapter_graph
import utils.Vertex
/* 基于邻接表实现的无向图类 */
class GraphAdjList(edges: Array<Array<Vertex?>>) {
// 邻接表key顶点value该顶点的所有邻接顶点
val adjList: MutableMap<Vertex, MutableList<Vertex>> = HashMap()
/* 构造函数 */
init {
// 添加所有顶点和边
for (edge in edges) {
addVertex(edge[0]!!);
addVertex(edge[1]!!);
addEdge(edge[0]!!, edge[1]!!);
}
}
/* 获取顶点数量 */
fun size(): Int {
return adjList.size
}
/* 添加边 */
fun addEdge(vet1: Vertex, vet2: Vertex) {
if (!adjList.containsKey(vet1) || !adjList.containsKey(vet2) || vet1 == vet2)
throw IllegalArgumentException()
// 添加边 vet1 - vet2
adjList[vet1]?.add(vet2)
adjList[vet2]?.add(vet1);
}
/* 删除边 */
fun removeEdge(vet1: Vertex, vet2: Vertex) {
if (!adjList.containsKey(vet1) || !adjList.containsKey(vet2) || vet1 == vet2)
throw IllegalArgumentException()
// 删除边 vet1 - vet2
adjList[vet1]?.remove(vet2);
adjList[vet2]?.remove(vet1);
}
/* 添加顶点 */
fun addVertex(vet: Vertex) {
if (adjList.containsKey(vet))
return
// 在邻接表中添加一个新链表
adjList[vet] = mutableListOf()
}
/* 删除顶点 */
fun removeVertex(vet: Vertex) {
if (!adjList.containsKey(vet))
throw IllegalArgumentException()
// 在邻接表中删除顶点 vet 对应的链表
adjList.remove(vet);
// 遍历其他顶点的链表,删除所有包含 vet 的边
for (list in adjList.values) {
list.remove(vet)
}
}
/* 打印邻接表 */
fun print() {
println("邻接表 =")
for (pair in adjList.entries) {
val tmp = ArrayList<Int>()
for (vertex in pair.value) {
tmp.add(vertex.value)
}
println("${pair.key.value}: $tmp,")
}
}
}
/* Driver Code */
fun main() {
/* 初始化无向图 */
val v: Array<Vertex?> = Vertex.valsToVets(intArrayOf(1, 3, 2, 5, 4))
val edges = arrayOf(
arrayOf(v[0], v[1]),
arrayOf(v[0], v[3]),
arrayOf(v[1], v[2]),
arrayOf(v[2], v[3]),
arrayOf(v[2], v[4]),
arrayOf(v[3], v[4])
)
val graph = GraphAdjList(edges)
println("\n初始化后,图为")
graph.print()
/* 添加边 */
// 顶点 1, 2 即 v[0], v[2]
graph.addEdge(v[0]!!, v[2]!!)
println("\n添加边 1-2 后,图为")
graph.print()
/* 删除边 */
// 顶点 1, 3 即 v[0], v[1]
graph.removeEdge(v[0]!!, v[1]!!)
println("\n删除边 1-3 后,图为")
graph.print()
/* 添加顶点 */
val v5 = Vertex(6)
graph.addVertex(v5)
println("\n添加顶点 6 后,图为")
graph.print()
/* 删除顶点 */
// 顶点 3 即 v[1]
graph.removeVertex(v[1]!!)
println("\n删除顶点 3 后,图为")
graph.print()
}

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@ -0,0 +1,131 @@
/**
* File: graph_adjacency_matrix.kt
* Created Time: 2024-01-25
* Author: curtishd (1023632660@qq.com)
*/
package chapter_graph
import utils.printMatrix
/* 基于邻接矩阵实现的无向图类 */
class GraphAdjMat(vertices: IntArray, edges: Array<IntArray>) {
val vertices: MutableList<Int> = ArrayList() // 顶点列表,元素代表“顶点值”,索引代表“顶点索引”
val adjMat: MutableList<MutableList<Int>> = ArrayList() // 邻接矩阵,行列索引对应“顶点索引”
/* 构造函数 */
init {
// 添加顶点
for (vertex in vertices) {
addVertex(vertex)
}
// 添加边
// 请注意edges 元素代表顶点索引,即对应 vertices 元素索引
for (edge in edges) {
addEdge(edge[0], edge[1])
}
}
/* 获取顶点数量 */
fun size(): Int {
return vertices.size
}
/* 添加顶点 */
fun addVertex(value: Int) {
val n = size()
// 向顶点列表中添加新顶点的值
vertices.add(value)
// 在邻接矩阵中添加一行
val newRow: MutableList<Int> = mutableListOf()
for (j in 0..<n) {
newRow.add(0)
}
adjMat.add(newRow)
// 在邻接矩阵中添加一列
for (row in adjMat) {
row.add(0)
}
}
/* 删除顶点 */
fun removeVertex(index: Int) {
if (index >= size()) throw IndexOutOfBoundsException()
// 在顶点列表中移除索引 index 的顶点
vertices.removeAt(index)
// 在邻接矩阵中删除索引 index 的行
adjMat.removeAt(index)
// 在邻接矩阵中删除索引 index 的列
for (row in adjMat) {
row.removeAt(index)
}
}
/* 添加边 */
// 参数 i, j 对应 vertices 元素索引
fun addEdge(i: Int, j: Int) {
// 索引越界与相等处理
if (i < 0 || j < 0 || i >= size() || j >= size() || i == j) throw java.lang.IndexOutOfBoundsException()
// 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
fun removeEdge(i: Int, j: Int) {
// 索引越界与相等处理
if (i < 0 || j < 0 || i >= size() || j >= size() || i == j) throw java.lang.IndexOutOfBoundsException()
adjMat[i][j] = 0;
adjMat[j][i] = 0;
}
/* 打印邻接矩阵 */
fun print() {
print("顶点列表 = ")
println(vertices);
println("邻接矩阵 =");
printMatrix(adjMat)
}
}
/* Driver Code */
fun 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
val vertices = intArrayOf(1, 3, 2, 5, 4)
val edges = arrayOf(
intArrayOf(0, 1),
intArrayOf(0, 3),
intArrayOf(1, 2),
intArrayOf(2, 3),
intArrayOf(2, 4),
intArrayOf(3, 4)
)
val graph = GraphAdjMat(vertices, edges)
println("\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.addEdge(0, 2)
println("\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.removeEdge(0, 1)
println("\n删除边 1-3 后,图为")
graph.print()
/* 添加顶点 */
graph.addVertex(6)
println("\n添加顶点 6 后,图为")
graph.print()
/* 删除顶点 */
// 顶点 3 的索引为 1
graph.removeVertex(1)
println("\n删除顶点 3 后,图为")
graph.print()
}

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@ -0,0 +1,65 @@
/**
* File: graph_bfs.kt
* Created Time: 2024-01-25
* Author: curtishd (1023632660@qq.com)
*/
package chapter_graph
import utils.Vertex
import java.util.*
/* 广度优先遍历 */
// 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
fun graphBFS(graph: GraphAdjList, startVet: Vertex): List<Vertex> {
// 顶点遍历序列
val res: MutableList<Vertex> = ArrayList()
// 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
val visited: MutableSet<Vertex> = HashSet()
visited.add(startVet)
// 队列用于实现 BFS
val que: Queue<Vertex> = LinkedList()
que.offer(startVet)
// 以顶点 vet 为起点,循环直至访问完所有顶点
while (!que.isEmpty()) {
val vet = que.poll() // 队首顶点出队
res.add(vet) // 记录访问顶点
// 遍历该顶点的所有邻接顶点
for (adjVet in graph.adjList[vet]!!) {
if (visited.contains(adjVet)) continue // 跳过已被访问的顶点
que.offer(adjVet) // 只入队未访问的顶点
visited.add(adjVet) // 标记该顶点已被访问
}
}
// 返回顶点遍历序列
return res
}
/* Driver Code */
fun main() {
/* 初始化无向图 */
val v = Vertex.valsToVets(intArrayOf(0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9))
val edges = arrayOf(
arrayOf(v[0], v[1]),
arrayOf(v[0], v[3]),
arrayOf(v[1], v[2]),
arrayOf(v[1], v[4]),
arrayOf(v[2], v[5]),
arrayOf(v[3], v[4]),
arrayOf(v[3], v[6]),
arrayOf(v[4], v[5]),
arrayOf(v[4], v[7]),
arrayOf(v[5], v[8]),
arrayOf(v[6], v[7]),
arrayOf(v[7], v[8])
)
val graph = GraphAdjList(edges)
println("\n初始化后,图为")
graph.print()
/* 广度优先遍历 */
val res = graphBFS(graph, v[0]!!)
println("\n广度优先遍历BFS顶点序列为")
println(Vertex.vetsToVals(res))
}

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@ -0,0 +1,62 @@
/**
* File: graph_dfs.kt
* Created Time: 2024-01-25
* Author: curtishd (1023632660@qq.com)
*/
package chapter_graph
import utils.Vertex
/* 深度优先遍历辅助函数 */
fun dfs(
graph: GraphAdjList,
visited: MutableSet<Vertex?>,
res: MutableList<Vertex?>,
vet: Vertex?
) {
res.add(vet) // 记录访问顶点
visited.add(vet) // 标记该顶点已被访问
// 遍历该顶点的所有邻接顶点
for (adjVet in graph.adjList[vet]!!) {
if (visited.contains(adjVet)) continue // 跳过已被访问的顶点
// 递归访问邻接顶点
dfs(graph, visited, res, adjVet)
}
}
/* 深度优先遍历 */
// 使用邻接表来表示图,以便获取指定顶点的所有邻接顶点
fun graphDFS(
graph: GraphAdjList,
startVet: Vertex?
): List<Vertex?> {
// 顶点遍历序列
val res: MutableList<Vertex?> = ArrayList()
// 哈希表,用于记录已被访问过的顶点
val visited: MutableSet<Vertex?> = HashSet()
dfs(graph, visited, res, startVet)
return res
}
/* Driver Code */
fun main() {
/* 初始化无向图 */
val v = Vertex.valsToVets(intArrayOf(0, 1, 2, 3, 4, 5, 6))
val edges = arrayOf(
arrayOf(v[0], v[1]),
arrayOf(v[0], v[3]),
arrayOf(v[1], v[2]),
arrayOf(v[2], v[5]),
arrayOf(v[4], v[5]),
arrayOf(v[5], v[6])
)
val graph = GraphAdjList(edges)
println("\n初始化后,图为")
graph.print()
/* 深度优先遍历 */
val res = graphDFS(graph, v[0])
println("\n深度优先遍历DFS顶点序列为")
println(Vertex.vetsToVals(res))
}