【问题标题】:Hashmap representation of graph图的哈希图表示
【发布时间】:2013-02-24 08:42:04
【问题描述】:

我有一个带有图形边缘的文本文件,例如

1 2

1 3

2 5

等等。 , 并想以某种方式表示我的图表。我尝试使用哈希图,它是表示边缘的最佳方式吗? 第二个问题,如何访问我的哈希图中的第一个和第二个条目? 我的代码在这里

    DataInputStream dStream = new DataInputStream(new FileInputStream("C:/Programming/Java/test.txt"));
    BufferedReader bReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(dStream));

    HashMap<Integer, Integer> graphEdges = new HashMap<Integer, Integer>();
    String line;
    while( (line = bReader.readLine()) != null) {
        String[] firstSecond = line.split(" ");
        int firstDigit = Integer.parseInt(firstSecond[0]);
        int secondDigit = Integer.parseInt(firstSecond[1]);

        graphEdges.put(firstDigit, secondDigit);
    }

    System.out.println(graphEdges);

    bReader.close();
}

【问题讨论】:

  • 如答案中所述:这样的地图在这里不合适。你说你想“以某种方式表示我的图表” - 你应该在这里更具体。大多数图算法的效率(甚至实际适用性)依赖于要在图上执行的一小部分操作。最常见的一个:“给我所有顶点 X 的邻居”,或者“给我所有带有顶点 X 的边”,……你应该考虑一下你需要 哪些 操作,以及哪种结构是合适的为此(可能是在一个新的、更详细和更有针对性的问题中),或者使用现有的图形库。

标签: java graph hashmap


【解决方案1】:

在图的许多可能表示中,两种基本表示如下:

  • 邻接列表

在 Java 中:

Map<Integer, List<Integer>> graph = new HashMap<>();
...
while( (line = bReader.readLine()) != null) {
    String[] tokens = line.split(" ");
    int firstNode = Integer.parseInt(tokens[0]);
    int secondNode = Integer.parseInt(tokens[1]);

    if(!graph.containsKey(firstNode)) graph.put(firstNode, new LinkedList());
    graphEdges.get(firstNode).add(secondNode);
}
  • 邻接矩阵

在 Java 中:

int[][] graph = new int[numberOfNodes][numberOfNodes];
while( (line = bReader.readLine()) != null) {
    String[] tokens = line.split(" ");
    int firstNode = Integer.parseInt(tokens[0]);
    int secondNode = Integer.parseInt(tokens[1]);

    graph[firstNode-1][secondNode-1] = 1;
    graph[secondNode-1][firstNode-1] = 1;
}

下面是这2种表示的运算和存储效率对比:

                   |     Adjacency List    |   Adjacency Matrix   |
Storage            |      O(nodes+edges)   |     O(nodes^2)       |
Add node           |          O(1)         |     O(nodes^2)*      |
Add edge           |          O(1)         |        O(1)          |
Remove node        |        O(edges)       |     O(nodes^2)*      |
Remove edge        |        O(edges)       |        O(1)          |
isAdjacent(x1,x2)  |        O(nodes)       |        O(1)          |
*Requires copying of the whole array

您也可以在邻接表中稍作修改,使用 HashSet 代替 LinkedList 来存储相邻节点。在这种情况下,一切都是一样的,除了 isAdjacent(x1,x2) 操作现在具有 O(1) 复杂度(摊销)。

【讨论】:

  • 你写的第一个实现代表了一个无向图,对吧?如果是这样的话,上面带箭头的图片有点误导
  • @ZenoRaiser 对,感谢您的关注。我更新了代码以生成有向图以避免混淆。
【解决方案2】:

HashMap 不适合这种情况,因为对于指定的键,您可以有一个值。您需要一个可以为一个键保存多个值的映射。 GuavaMultimap 中就具有这个概念,实现类似于 ArrayListMultimap

【讨论】:

  • +1。即使没有 Guava,也可以使用 Map&lt;Integer, List&lt;Integer&gt;&gt;
  • @JB Nizet 或Map&lt;Integer, Set&lt;Integer&gt;&gt;
  • @JBNizet 是的,如果他不能使用第三方库,那么这样的映射(或元组映射或多个映射,取决于他的上下文)是可行的方法。
【解决方案3】:

要生成这样的 PNG:

或这样的 XML (GraphML):

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<graphml xmlns="http://graphml.graphdrawing.org/xmlns"
    xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xsi:schemaLocation="http://graphml.graphdrawing.org/xmlns http://graphml.graphdrawing.org/xmlns/1.0/graphml.xsd">
    <graph id="G" edgedefault="directed">
        <node id="Off" />
        <node id="Standby" />
        <node id="Fail" />
        <node id="Oper" />
        <node id="Recovery" />
        <node id="Shutdown" />
        <edge id="1" source="Off" target="Standby" />
        <hyperedge>
            <endpoint node=Standby" type="in" />
            <endpoint node=Fail" type="out" />
            <endpoint node=Oper" type="out" />
            <endpoint node=Shutdown" type="out" />
        </hyperedge>
        <hyperedge>
            <endpoint node=Fail" type="in" />
            <endpoint node=Shutdown" type="out" />
            <endpoint node=Recovery" type="out" />
        </hyperedge>
        <hyperedge>
            <endpoint node=Oper" type="in" />
            <endpoint node=Standby" type="out" />
            <endpoint node=Fail" type="out" />
            <endpoint node=Shutdown" type="out" />
        </hyperedge>
        <edge id="2" source="Shutdown" target="Off" />
        <hyperedge>
            <endpoint node=Recovery" type="in" />
            <endpoint node=Oper" type="out" />
            <endpoint node=Shutdown" type="out" />
        </hyperedge>
    </graph>
</graphml>

你也可以自己做:

public abstract class Edge {
   protected final Node _endPoint1;
   public Edge( Node endPoint ) {
      _endPoint1 = endPoint;
   }
   public Node getEndPoint1() {
      return _endPoint1;
   }
}

类 DirectedEdge:

public final class DirectedEdge extends Edge {
   private final Node[] _to;
   public DirectedEdge( Node from, Node ... to ) {
      super( from );
      _to = to;
   }
   public Node getFrom() {
      return _endPoint1;
   }
   public Node[] getTo() {
      return _to;
   }
}

类图:

import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

public final class Graph {
   private /* */ String              _name = "G";
   private final Map< String, Node > _nodes = new LinkedHashMap<>();
   private final Set< DirectedEdge > _edges = new LinkedHashSet<>();

   public boolean addNode( Node node ) {
      return _nodes.put( node._label, node ) == null;
   }
   public void addEdge( DirectedEdge edge ) {
      _edges.add( edge );
   }
   public String getName() {
      return _name;
   }
   public void setName( String name ) {
      _name = name;
   }
   public final Map<String, Node> getNodes() {
      return _nodes;
   }
   public final Set<DirectedEdge> getEdges() {
      return _edges;
   }
}

类Main,使用示例:

import java.io.File;

public class Main {
   private static Graph getGraph() {
      Graph graph = new Graph();
      Node off      = new Node( "Off" );
      Node standby  = new Node( "Standby" );
      Node fail     = new Node( "Fail" );
      Node oper     = new Node( "Oper" );
      Node recovery = new Node( "Recovery" );
      Node shutdown = new Node( "Shutdown" );
      graph.addNode( off );
      graph.addNode( standby );
      graph.addNode( fail );
      graph.addNode( oper );
      graph.addNode( recovery );
      graph.addNode( shutdown );
      graph.addEdge( new DirectedEdge( off     , standby ));
      graph.addEdge( new DirectedEdge( standby , fail, oper, shutdown ));
      graph.addEdge( new DirectedEdge( fail    , shutdown, recovery ));
      graph.addEdge( new DirectedEdge( oper    , standby, fail, shutdown ));
      graph.addEdge( new DirectedEdge( shutdown, off ));
      graph.addEdge( new DirectedEdge( recovery, oper, shutdown ));
      return graph;
   }
   public static void main( String[] args ) throws Exception {
      Graph graph = getGraph();
      new DotFileGenerator().save( new File( "States.png"     ), graph );
      new GraphMLGenerator().save( new File( "States.graphml" ), graph );
   }
}

【讨论】:

    【解决方案4】:

    HashMap 不是表示边的最佳方式,因为图遍历不是最优的。遍历 N 条边的路径需要 N 次 hashmap get() 操作。

    【讨论】:

      【解决方案5】:

      您可以使用列表地图

      HashMap<Integer, LinkedList<Integer>> graphEdges = new HashMap<Integer,LinkedList<Integer>>();
      

      这样你可以将一个节点映射到多个节点

      【讨论】:

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