Boost Graph 中边和顶点属性的时间复杂度/性能

Question

考虑：

typedef adjacency_list<
    listS, //out edges stored as std::list
    listS, //verteices stored as std::list
    directedS,
    property<vertex_name_t, std::string>,
    property<edge_weight_t, double>
> user_graph;

将边和顶点存储为std::list 可防止通过[index] 进行随机访问。

进一步考虑，属性映射是这样定义的。

typedef property_map<user_graph, vertex_name_t>::type name_map_t;
typedef property_map<user_graph, edge_weight_t>::type weight_map_t;

user_graph g;
name_map_t name_map = get(vertex_name, g);
weight_map_t weight_map = get(edge_weight, g);

即使通过[index] 无法随机访问实际边/顶点，是否可以保证在随机访问下访问顶点名称和边的权重是高效且快速的，如下所示：

graph_traits<user_graph>::vertex_iterator vi, vi_end;
for(tie(vi, vi_end)=vertices(g); vi != vi_end; ++vi)
    cout<<"Name of vertex is "<<name_map[*vi];//Question is, is this efficient given storage of vertices as std::list

我的部分困惑来自一般的std::map 特性，即它也不支持随机访问（参见here）

无论顶点存储为std::vector或std::list或std::set，是否无论如何，通过使用some_map[vertex_descriptor]或some_map[*vertex_iterator]的顶点描述符访问其属性映射总是保证有效（恒定时间）？

Answer 1

是否保证在随机访问下访问顶点的名称和边的权重是高效且快速的，如下所示：

是的。这些属性实际上是与顶点/边节点内联存储的。描述符实际上是指向该节点的类型擦除指针。如果您将属性存储想象成一种带有get<> 访问器的元组，name_map[*vi] 最终会内联到 get<N>(*static_cast<storage_node*>(vi)) 之类的东西。

我的部分困惑来自一般的 std::map 特性，它也不支持随机访问

属性映射不像 std::map；它们可能是连续的，它们可能是基于节点的、有序的、无序的，甚至是计算的。实际上 Boost Property Map 可能更接近某些函数式编程语言中的镜头概念。它是一组函数，可用于对给定键类型的（可变）投影进行建模。

另见：

• map set/get requests into C++ class/structure changes
• Is it possible to have several edge weight property maps for one graph? 等示例， 和Boost set default edge weight to one

好奇心胜...代码生成

让我们看看生成了什么代码：

Live On Compiler Explorer

#include <boost/graph/adjacency_list.hpp>
#include <fmt/format.h>

using G =
    boost::adjacency_list<boost::listS, // out edges stored as list
                        boost::listS, // vertices stored as list
                        boost::directedS,
                        boost::property<boost::vertex_name_t, std::string>,
                        boost::property<boost::edge_weight_t, double>>;

using V = G::vertex_descriptor;
using E = G::edge_descriptor;

void test(V v, E e, G const& g) {
    auto name   = get(boost::vertex_name, g);
    auto weight = get(boost::edge_weight, g);

    fmt::print("{} {}\n", name[v], weight[e]);
}

int main()
{
    G g;
    E e = add_edge(add_vertex({"foo"}, g), add_vertex({"bar"}, g), {42}, g).first;

    test(vertex(0, g), e, g);
}

打印

foo 42

但更有趣的是，codegen：

test(void*, boost::detail::edge_desc_impl<boost::directed_tag, void*>, boost::adjacency_list<boost::listS, boost::listS, boost::directedS, boost::property<boost::vertex_name_t, std::__cxx11::basic_string<char, std::char_traits<char>, std::allocator<char> >, boost::no_property>, boost::property<boost::edge_weight_t, double, boost::no_property>, boost::no_property, boost::listS> const&): # @test(void*, boost::detail::edge_desc_impl<boost::directed_tag, void*>, boost::adjacency_list<boost::listS, boost::listS, boost::directedS, boost::property<boost::vertex_name_t, std::__cxx11::basic_string<char, std::char_traits<char>, std::allocator<char> >, boost::no_property>, boost::property<boost::edge_weight_t, double, boost::no_property>, boost::no_property, boost::listS> const&)
  sub rsp, 40
  mov rax, qword ptr [rsp + 64]
  movups xmm0, xmmword ptr [rdi + 24]
  mov rax, qword ptr [rax]
  movaps xmmword ptr [rsp], xmm0
  mov qword ptr [rsp + 16], rax
  mov rcx, rsp
  mov edi, offset .L.str
  mov esi, 6
  mov edx, 173
  call fmt::v7::vprint(fmt::v7::basic_string_view<char>, fmt::v7::format_args)
  add rsp, 40
  ret

你看，没有算法开销，只是取消引用。

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¹ 实际上，属性存储在一种类似于 Lisp 的列表类型中，其最终行为类似于元组。 Boost Graph 比元组早了相当长的时间。我想如果你想要一个可以将它与 Boost Fusion 的 map 类型（也有一个类型键）进行比较。