在Java中实现图形时出错

Question

我正在尝试使用LinkedList的ArrayList在Java中创建图形。 我已经实现了自己的清单。 但是，当我尝试在图的顶点之间添加连接时，遇到了一个无限循环。 我正在调试，我意识到这是在尝试将元素添加到LinkedList末尾时发生的。 我是一个初学者，我看不到List实现有什么问题。 有人可以帮忙吗？

import java.util.Stack;

// traverse the graph
public class GraphTraversal {


    public static void main(String[] args)
    {
        Graph graph=new Graph();
        initializeGraph(graph);
        graph.breadthFirstSearch();
    }

    public static void initializeGraph(Graph graph)
    {
        Node_Graph node1=new Node_Graph(1, false);
        Node_Graph node2=new Node_Graph(2, false);
        Node_Graph node3=new Node_Graph(3, false);
        Node_Graph node4=new Node_Graph(4, false);
        Node_Graph node5=new Node_Graph(5, false);
        Node_Graph node6=new Node_Graph(6, false);
        Node_Graph node7=new Node_Graph(7, false);
        Node_Graph node8=new Node_Graph(8, false);

        graph.addNode(node1);
        graph.addNode(node2);
        graph.addNode(node3);
        graph.addNode(node4);
        graph.addNode(node5);
        graph.addNode(node6);
        graph.addNode(node7);
        graph.addNode(node8);

        graph.makeConnection(node1, node2);
        graph.makeConnection(node1, node3);
        graph.makeConnection(node3, node4);
        graph.makeConnection(node3, node5);
        graph.makeConnection(node4, node5);
        graph.makeConnection(node4, node6);
        graph.makeConnection(node4, node8);
        graph.makeConnection(node4, node2);
        graph.makeConnection(node6, node5);
        graph.makeConnection(node8, node7);
        graph.makeConnection(node7, node2);
    }

}

import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
import java.util.Stack;

//Class for graph data structure
public class Graph {

    public ArrayList<List> nodes=new ArrayList<List>();


    public void addNode(Node_Graph n)
    {
        List new_node=new List();
        new_node.add(n);
        nodes.add(new_node);
    }

    public void makeConnection(Node_Graph node1, Node_Graph node2)
    {

        for(List list:nodes)
        {
            if(list.head.getId()==node1.getId())
            {
                list.add(node2);
                break;
            }
        }
    }

    public void breadthFirstSearch()
    {
        Stack<Node_Graph> traverse=new Stack<Node_Graph>();
        Node_Graph start=(nodes.get(0)).head;
        start.setVisited(true);
        traverse.push(start);
        while(traverse.empty())
        {
            Node_Graph popped=traverse.pop();
            System.out.println(popped.getId());
            List nextList= nodes.get(popped.getId());
            Node_Graph newElement=nextList.head;
            while(newElement.getNext()!=null)
            {
                newElement=newElement.getNext();
                if(!newElement.getVisited())
                {
                    newElement.setVisited(true);
                    traverse.push(newElement);
                }
            }

            if(!newElement.getVisited())
                traverse.push(newElement);
        }
    }
}

//linked list implementation
public class List{
    public Node_Graph head;
    public int size; 

    public List()
    {
        head=null;
        size=0;
    }

    public void add(Node_Graph element)
    {
        if(head==null)
        {
            head=element;
        }
        else
        {
            Node_Graph last=head;
            while(last.getNext()!=null)
            {
                last=last.getNext();
            }
            last.setNext(element);
        }
    }
}

//node of a graph
public class Node_Graph {

    private int id;
    private boolean visited;
    private Node_Graph next;

    public Node_Graph(int id,boolean visited)
    {
        this.id=id;
        this.visited=visited;
    }
    public void setId(int id)
    {
        this.id=id;
    }

    public int getId()
    {
        return id;
    }

    public void setVisited(boolean visited)
    {
        this.visited=visited;
    }

    public boolean getVisited()
    {
        return visited; 
    }

    public void setNext(Node_Graph next)
    {
        this.next=next;
    }

    public Node_Graph getNext()
    {
        return next; 
    }
}

线图graph.makeConnection(node4, node6); 导致无限循环，因为节点4的下一个变量与节点5无限连接

Answer 1

我注意到的第一件事是线graph.makeConnection(node3, node5); 导致4连接到5，这是不应该的。

我将toString方法添加到您的列表和node_graph类中，以使其更容易理解正在发生的事情。 在这里，您可以尝试一下：

列表：

public String toString(){
  Node_Graph h = head;
  String s = "";
  while(h != null){
    s += "[" + h.toString() + "] ";
    h = h.next;
  }
  return s;
}

Node_Graph：

public String toString(){
  String s = id + "";
  if(next != null)
    s += ", " + next.toString();
  return s;
}

跟踪错误。 让我们从这一行开始：

graph.makeConnection(node1, node3);

这会导致调用： {1 -> 2,2 -> null}.add(3)到目前为止{1 -> 2,2 -> null}.add(3)顺利。

另外，您将找到列表的最后一个元素：{2}，并将其设置在{3}的旁边。 因此，列表现在看起来像{1-> 2-> 3，2-> 3，3}，而列表应该是{1-> 2-> 3，2，3}。 第一个列表（错误地）表示1连接到2和3，2连接到3，而2不应该连接到3，如第二个列表所示。 在您当前的方案中，这是不可能的，因为“ 2”实际上是相同的对象，具有相同的，唯一的next字段。 它不能是1元素中的{3}，本身不能是{null}。

总体而言，您需要区分两个“下一个”。 我相信您的目标是，node_graph中的下一个字段表示该节点连接到的节点，而列表中的下一个字段表示列表中的下一个节点，无论是否存在连接。 您正在尝试在下一个字段中用一块石头获得两只鸟，然后又将其无限次递归给您。

实现图有许多更简洁的方法-哈希图（节点->邻居节点列表）更加简洁，使您无需处理所有下一项业务。 如果您的主要目标是完善图形算法（例如bfs / dfs-ing），则可能只想这样做。

但是，如果您确实想使用列表实现图，则需要进行一些整理。 我建议完全从Node_Graph类中删除next字段。 Node_Graph类应该只担心自己的数据，而不要维护列表不变式。 然后，使列表类具有一个内部包装器类，该包装器类包含一个“ this”（一个Node_Graph实例）和一个“ next”（一个Node_Wrapper）实例。 完成所有这些操作后，您可以为您的Node_Graph提供一个List类型的邻居字段，该字段将保存其所有可访问的邻居。

这是遵循您的模式的基本HashMap图形实现。 您也不需要列表实现。 无需包装器/下一步：

public class Node{

    public final Graph graph; //The graph this Node belongs to 
    private int id;
    private boolean visited;

    /** Constructs a Node with the given inputs. 
      * Also adds itself to g as part of construction */
    public Node(Graph g, int i, boolean v){
        graph = g;
        id = i;
        visited = v;
        graph.addNode(this);
    }

    public int getId(){
        return id;
    }

    public void setVisited(boolean v){
        visited = v;
    }

    //Getters for boolean fields usually follow the is<Field> pattern
    public boolean isVisited(){
        return visited;
    }

    /** Looks up the neighbors of this in the graph */
    public Set<Node> getNeighbors(){
        return graph.neighborsOf(this);
    }
}

public class Graph{

    private HashMap<Node, HashSet<Node>> graph;  //The actual graph. Maps a node -> its neighbors

    public Graph(){
        graph = new HashMap<Node, HashSet<Node>>();
    }

    /** Adds the node to this graph.
        If n is already in this graph, doesn't overwrite */
    public void addNode(Node n) throws IllegalArgumentException{
        if(n.graph != this) 
            throw new IllegalArgumentException(n + " belongs to " + n.graph ", not " + this);
        if(! graph.contains(n))
            graph.put(n, new HashSet<Node>());
    }

    /** Returns the neighbors of the given node. 
      * Returns null if the node isn't in this graph */
    public Set<Node> neighborsOf(Node n){
        if(! graph.contains(n))
            return null;

        return graph.get(n);
    }

    /** Connects source to sink. Also adds both to graph if they aren't there yet */
    public void makeConnection(Node source, Node sink){
        //Make sure source and sink belong to this graph first
        addNode(source);
        addNode(sink);

        //Make the connection by adding sink to source's associated hashset
        graph.get(source).add(sink);
    }
}