A Java, el Gràfic és una estructura de dades que emmagatzema algunes dades. El concepte de gràfic ha estat robat de les matemàtiques que compleixen la necessitat del camp de la informàtica. Representa una xarxa que connecta diversos punts entre si. En aquesta secció, aprendrem detalladament l'estructura de dades de Java Graph. A més, aprendrem el tipus de gràfics , la seva implementació , i travessa sobre el gràfic.

Gràfic

A gràfic és una terminologia gràfica

Vèrtex: Els vèrtexs són el punt que uneixen les vores. Representa les dades. També es coneix com a node. Es denota amb un cercle i s'ha d'etiquetar. Per construir un gràfic ha d'haver almenys un node. Per exemple, casa, parada d'autobús, etc.

Vora: Una aresta és una línia que uneix dos vèrtexs. Representa la relació entre els vèrtexs. Les arestes es denoten amb una línia. Per exemple, un camí fins a la parada d'autobús des de casa teva.

123 pel·lícula

Pes: Està etiquetat fins a la vora. Per exemple, la distància entre dues ciutats és de 100 km, llavors la distància s'anomena pes per a la vora.

Camí: El camí és una manera d'arribar a una destinació des del punt inicial d'una seqüència.

Tipus de gràfics

Gràfic ponderat:En un gràfic ponderat, cada aresta en conté dades (pes) com ara distància, pes, alçada, etc. Es denota com w(e). S'utilitza per calcular el cost de travessar d'un vèrtex a un altre. La figura següent representa un gràfic ponderat.
Gràfic sense ponderar:Un gràfic en el qual les arestes no estan associades a cap valor s'anomena gràfic no ponderat. La figura següent representa un gràfic no ponderat.
Gràfic dirigit:Un gràfic en què les arestes representen la direcció s'anomena gràfic dirigit. En un gràfic dirigit, fem servir fletxes en lloc de línies (vores). La direcció indica la manera d'arribar d'un node a un altre node. Tingueu en compte que en un gràfic dirigit, ens podem moure en una direcció o en ambdues direccions. La figura següent representa un gràfic dirigit.
Gràfic no dirigit:Un gràfic en què les arestes són bidireccionals s'anomena gràfic no dirigit. En un gràfic no dirigit, podem recórrer en qualsevol direcció. Tingueu en compte que podem utilitzar el mateix camí de tornada pel qual hem recorregut. Mentre que al gràfic dirigit no podem tornar del mateix camí.
Gràfic connectat:Es diu que un graf està connectat si hi ha almenys un camí entre cada parell de vèrtexs. Tingueu en compte que un graf amb només un vèrtex és un gràfic connectat.

Hi ha dos tipus de gràfics connectats.
Gràfic setmanal connectat:Un gràfic en què els nodes no es poden visitar per un sol camí s'anomena gràfic setmanal connectat.
Gràfic fortament connectat:Un graf en el qual els nodes poden ser visitats per un sol camí s'anomena graf fortament connectat.

Gràfic desconnectat:Es diu que un graf està desconnectat si no hi ha camí entre un parell de vèrtexs s'anomena graf desconnectat. Un gràfic desconnectat pot consistir en dos o més gràfics connectats.
Multigràfic:Un gràfic que té múltiples arestes connectant el mateix parell de nodes. La figura següent representa un multigràfic.
Gràfic dens:Un gràfic en què el nombre d'arestes és proper al nombre màxim d'arestes, el gràfic s'anomena gràfic dens. La figura següent representa un gràfic dens.
Gràfic escàs:Un gràfic en què el nombre d'arestes és proper al nombre mínim d'arestes, el gràfic s'anomena gràfic escàs. Pot ser un gràfic desconnectat. La figura següent representa un gràfic escàs.

Implementació de gràfics Java

Per a la implementació de gràfics en Java utilitzarem el Genèric classe. Per crear un objecte de classe Java Generic, utilitzem la sintaxi següent:

 BaseType obj = new BaseType (); 

Recordeu que no podem utilitzar el tipus primitiu per al tipus de paràmetre.

Creem un programa Java que implementi Graph.

GraphImplementation.java

 import java.util.*; class Graph { //creating an object of the Map class that stores the edges of the graph private Map<t, list> map = new HashMap(); //the method adds a new vertex to the graph public void addNewVertex(T s) { map.put(s, new LinkedList()); } //the method adds an edge between source and destination public void addNewEdge(T source, T destination, boolean bidirectional) { // if (!map.containsKey(source)) addNewVertex(source); if (!map.containsKey(destination)) addNewVertex(destination); map.get(source).add(destination); if (bidirectional == true) { map.get(destination).add(source); } } //the method counts the number of vertices public void countVertices() { System.out.println(&apos;Total number of vertices: &apos;+ map.keySet().size()); } //the method counts the number of edges public void countEdges(boolean bidirection) { //variable to store number of edges int count = 0; for (T v : map.keySet()) { count = count + map.get(v).size(); } if (bidirection == true) { count = count / 2; } System.out.println(&apos;Total number of edges: &apos;+ count); } //checks a graph has vertex or not public void containsVertex(T s) { if (map.containsKey(s)) { System.out.println(&apos;The graph contains &apos;+ s + &apos; as a vertex.&apos;); } else { System.out.println(&apos;The graph does not contain &apos;+ s + &apos; as a vertex.&apos;); } } //checks a graph has edge or not //where s and d are the two parameters that represent source(vertex) and destination (vertex) public void containsEdge(T s, T d) { if (map.get(s).contains(d)) { System.out.println(&apos;The graph has an edge between &apos;+ s + &apos; and &apos; + d + &apos;.&apos;); } else { System.out.println(&apos;There is no edge between &apos;+ s + &apos; and &apos; + d + &apos;.&apos;); } } //prints the adjacencyS list of each vertex //here we have overridden the toString() method of the StringBuilder class @Override public String toString() { StringBuilder builder = new StringBuilder(); //foreach loop that iterates over the keys for (T v : map.keySet()) { builder.append(v.toString() + &apos;: &apos;); //foreach loop for getting the vertices for (T w : map.get(v)) { builder.append(w.toString() + &apos; &apos;); } builder.append(&apos;
&apos;); } return (builder.toString()); } } //creating a class in which we have implemented the driver code public class GraphImplementation { public static void main(String args[]) { //creating an object of the Graph class Graph graph=new Graph(); //adding edges to the graph graph.addNewEdge(0, 1, true); graph.addNewEdge(0, 4, true); graph.addNewEdge(1, 2, true); graph.addNewEdge(1, 3, false); graph.addNewEdge(1, 4, true); graph.addNewEdge(2, 3, true); graph.addNewEdge(2, 4, true); graph.addNewEdge(3, 0, true); graph.addNewEdge(2, 0, true); //prints the adjacency matrix that represents the graph System.out.println(&apos;Adjacency List for the graph:
&apos;+ graph.toString()); //counts the number of vertices in the graph graph.countVertices(); //counts the number of edges in the graph graph.countEdges(true); //checks whether an edge is present or not between the two specified vertices graph.containsEdge(3, 4); graph.containsEdge(2, 4); //checks whether vertex is present or not graph.containsVertex(3); graph.containsVertex(5); } } </t,>

Sortida:

Implementació del gràfic dirigit

DirectedGraph.java

 import java.util.*; //Creating a class named Edge that stores the edges of the graph class Edge { //the variable source and destination represent the vertices int s, d; //creating a constructor of the class Edge Edge(int s, int d) { this.s = s; this.d = d; } } //a class to represent a graph object class Graph { //note that we have created an adjacency list (i.e. List of List) List<list> adjlist = new ArrayList(); //creating a constructor of the class Graph that construct a graph public Graph(List edges) { int n = 0; //foreach loop that iterates over the edge for (Edge e: edges) { //determines the maximum numbered vertex n = Integer.max(n, Integer.max(e.s, e.d)); } //reserve the space for the adjacency list for (int i = 0; i <= 1 n; i++) { adjlist.add(i, new arraylist()); } adds the edges to undirected graph for (edge current: edges) allocate node in adjacency list from source destination adjlist.get(current.s).add(current.d); function print representation of a public static void showgraph(graph graph) int s="0;" determines size n="graph.adjlist.size();" while (s ' + d ')	'); system.out.println(); increments by s++; implementing driver code class directedgraph main (string args[]) creating edge(0, 1), edge(1, 2), edge(2, 4), edge(4, 1),new edge(3, 5), edge(5, 1)); construct given graph(edges); prints that represents graph.showgraph(graph); < pre> <p> <strong>Output:</strong> </p> <img src="//techcodeview.com/img/java-tutorial/19/java-graph-13.webp" alt="Java Graph"> <h2>Implementation of Weighted Graph</h2> <p> <strong>WeightedGraph.java</strong> </p> <pre> import java.util.*; //the class stores the edges of the graph class Edge { int s, d, w; //creating a constructor of the class Edge Edge(int src, int dest, int weight) { this.s = src; this.d = dest; this.w = weight; } } //a class to store adjacency list nodes class Node { int value, weight; //creating a constructor of the class Vertex Node(int value, int weight) { this.value = value; this.weight = weight; } //overrides the toString() method @Override public String toString() { return this.value + &apos; (&apos; + this.weight + &apos;)&apos;; } } //a class to represent a graph object class Graph { //note that we have created an adjacency list (i.e. List of List) List<list> adjlist = new ArrayList(); //creating a constructor of the class Graph that creates graph public Graph(List edges) { //find the maximum numbered vertex int n = 0; //iterates over the edges of the graph for (Edge e: edges) { //determines the maximum numbered vertex n = Integer.max(n, Integer.max(e.s, e.d)); } //reserve the space for the adjacency list for (int i = 0; i <= 1 n; i++) { adjlist.add(i, new arraylist()); } adds the edges to undirected graph for (edge e: edges) creating a node (from source destination) in adjacency list adjlist.get(e.s).add(new node(e.d, e.w)); uncomment following statement adj.get(e.dest).add(new node(e.src, e.weight)); method that prints of public static void printgraph(graph graph) int src="0;" n="graph.adjlist.size();" system.out.printf('adjacency is: '); while (src %s	', src, edge); system.out.println(); increments by src++; implementing driver code class weightedgraph main (string args[]) with their associated weight edge(1, 4, 3), edge(4, 2, 5), edge(2, 5, 10), edge(5, 1, 6), edge(3, 9), 1), 2)); creates declared above graph(edges); corresponding graph.printgraph(graph); < pre> <p> <strong>Output:</strong> </p> <img src="//techcodeview.com/img/java-tutorial/19/java-graph-14.webp" alt="Java Graph"> <h2>Graph Traversal</h2> <p>Traversal over the graph means visit each and every vertex and edge at least once. To traverse over the graph, Graph data structure provides two algorithms:</p> <ul> <li>Depth-First Search (DFS)</li> <li>Breadth-First Search (DFS)</li> </ul> <h3>Depth-First Search (DFS)</h3> <p> <a href="/dfs-algorithm">DFS algorithm</a> is a recursive algorithm that is based on the backtracking concept. The algorithm starts from the initial node and searches in depth until it finds the goal node (a node that has no child). Backtracking allows us to move in the backward direction on the same path from which we have traversed in the forward direction.</p> <p>Let&apos;s implement the DFS algorithm in a Java program.</p> <p> <strong>DepthFirstSearch.java</strong> </p> <pre> import java.io.*; import java.util.*; //creates an undirected graph class Graph { //stores the number of vertices private int Vertices; //creates a linked list for the adjacency list of the graph private LinkedList adjlist[]; //creating a constructor of the Graph class Graph(int count_v) { //assigning the number of vertices to the passed parameter Vertices = count_v; adjlist = new LinkedList[count_v]; //loop for creating the adjacency lists for (int i=0; i<count_v; 3 10 ++i) adjlist[i]="new" linkedlist(); } method that adds a new edge to the graph void addnewedge(int v, int w) { adjlist[v].add(w); add w v's list. logic of dfs traversal starts from root node traversaldfs(int boolean vnodelist[]) if current (root node) is visited, it vnodelist vnodelist[v]="true;" system.out.print(v+' '); detrmines negihboring nodes iterates over list iterator i="adjlist[v].listIterator();" while (i.hasnext()) returns next element in iteration and store variable n (!vnodelist[n]) calling function performs depth first traversaldfs(n, vnodelist); dfs(int v) creates an array type for visited initially all are unvisited visited[]="new" boolean[vertices]; call recursive traversaldfs() traversaldfs(v, visited); implementing driver code public class depthfirstsearch static main(string args[]) having vertices g="new" graph(10); edges g.addnewedge(1, 2); g.addnewedge(2, 3); g.addnewedge(3, 4); g.addnewedge(4, 5); g.addnewedge(5, 7); 6); print sequencnce which bfs done system.out.println('depth-first is: (as g.dfs(1); < pre> <p> <strong>Output:</strong> </p> <img src="//techcodeview.com/img/java-tutorial/19/java-graph-15.webp" alt="Java Graph"> <h3>Breadth First Search (BFS)</h3> <p> <a href="/bfs-algorithm">BFS algorithm</a> is the most common approach to traverse over the graph. The traversal starts from the source node and scans its neighboring nodes (child of the current node). In short, traverse horizontally and visit all the nodes of the current layer. After that, move to the next layer and perform the same.</p> <p>Let&apos;s implement the BFS algorithm in a Java program.</p> <p> <strong>BreadthFirstSearch.java</strong> </p> <pre> import java.io.*; import java.util.*; //creates an undirected graph class Graph { //stores the number of vertices private int vertices; //creates a linked list for the adjacency list of the graph private LinkedList adjlist[]; //creating a constructor of the Graph class Graph(int count_v) { //assigning the number of vertices to the passed parameter vertices = count_v; adjlist = new LinkedList[count_v]; //loop for creating the adjacency lists for (int i=0; i<count_v; 10 ++i) adjlist[i]="new" linkedlist(); } method that adds a new edge to the graph void addnewedge(int v, int w) { adjlist[v].add(w); traversal starts from root node traversalbfs(int rnode) creates an array of boolean type for visited initially all nodes are unvisited visitednode[]="new" boolean[vertices]; creating another list storing linkedlist vnodelist="new" if current (root node) is visited, add it visitednode[rnode]="true;" inserts into vnodelist.add(rnode); while loop executes until we have (vnodelist.size() !="0)" deque entry queue and process poll() retrieves removes head (first element) this rnode="vnodelist.poll();" system.out.print(rnode+' '); detrmines negihboring iterates over iterator i="adjlist[rnode].listIterator();" (i.hasnext()) returns next element in iteration store variable n checks or not (!visitednode[n]) above if-statement true, visits visitednode[n]="true;" vnodelist.add(n); implementing driver code public class breadthfirstsearch static main(string args[]) having vertices graph(10); edges graph.addnewedge(2, 5); graph.addnewedge(3, graph.addnewedge(1, 2); 4); graph.addnewedge(4, 1); graph.addnewedge(6, graph.addnewedge(5, 6); 3); graph.addnewedge(7, 7); print sequence which bfs execute system.out.println('breadth-first is: graph.traversalbfs(2); < pre> <p> <strong>Output:</strong> </p> <img src="//techcodeview.com/img/java-tutorial/19/java-graph-16.webp" alt="Java Graph"> <hr></count_v;></pre></count_v;></pre></=></list></pre></=></list>