链式前向星存图 详细解析

链式前向星

链式前向星是一种图的存储方式，相比于 邻接矩阵和邻接表 ，链式前向星是一种静态链表存储，用边集数组和邻接表相结合，可以快速访问一个顶点的所有邻接点。

在某些算法题中使用还很频繁，我就是因为看不懂别人发的题解，所以就学习了这种存储图的方式。

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不多啰嗦，也许你看别人发的题解中都有这样一段代码：

void add_edge(int u, int v, int w)
{
	edge[cnt].to = v;
	edge[cnt].w = w;
	edge[cnt].next = head[u];
	head[u] = cnt++;
}
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你是否在一开始有和我一样的疑惑，这是个什么东西？？？

这就是链式前向星的加边操作（add_edge），和邻接表，邻接矩阵一样，这就是增加一条由 u 指向 v 的边的操作，如果是带权边，则边权就是w

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链式前向星的数据结构：

const int N=10005;
struct Edge
{
	int to,w,next;
}edge[N];
int head[N],cnt;
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如上，我们使用一个结构体和两个变量便可以描绘出链式前向星

结构体：

• to 代表这条边的终点
• w 代表这个边的权值（如果是带权边）
• next 代表与这条边起点相同的上一条边的编号
• head 代表head[i]，以i为起点的最后一条边的编号
• cnt 代表边的数量

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这个next到底是什么意思？？？

看这个图：3的next 就表示与3的起点1为起点，的上一条边的编号是 2

如果这是一个树结构，则就表示的是当前节点的兄弟节点，不过是最近的，所以是以这条边的起点相同的上一条边的编号

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head的含义：
head数组始终记录以 1 为起点的最后一条边的编号，图中操作完成后 head[1]=3

表示 以 1 作为起点的最后一条边的编号，

• 2号节点连接时，head[1] 表示 2号节点；
• 3节点进入后，head[1]表示3号节点。

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接下来我们就来解析 上面那段函数代码

void add_edge(int u, int v, int w)
{
	edge[cnt].to = v;	//终点为v
	edge[cnt].w = w;	//边权
	edge[cnt].next = head[u];	//以u为起点的上一条边的编号为head[u]
	head[u] = cnt++;	//更新以u为起点的最后一条边的编号为cnt
}
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• edge[cnt].to = v ：添加一条从 u -> v的边
• edge[cnt].w = w：u->v这条边的边权是w
• edge[cnt].next = head[u]：
  • edge[cnt].next：表示以 u 为起点的上一条边的编号。
  • head[u]：以u为起点的最后一条边的编号。
  • 连起来就表示：以u为起点的上一条边的编号为 head[u]
• head[u] = cnt++：更新以u为起点的最后一条边的编号

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下面我借助例子来说明一下：

5 7
1 2 1
2 3 2
3 4 3
1 3 4
4 1 5
1 5 6
4 5 7
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对于1 2 1这条边：edge[0].to = 2; edge[0].next = -1; head[1] = 0;

对于2 3 2这条边：edge[1].to = 3; edge[1].next = -1; head[2] = 1;

对于3 4 3这条边：edge[2].to = 4; edge[2],next = -1; head[3] = 2;

对于1 3 4这条边：edge[3].to = 3; edge[3].next = 0; head[1] = 3;

对于4 1 5这条边：edge[4].to = 1; edge[4].next = -1; head[4] = 4;

对于1 5 6这条边：edge[5].to = 5; edge[5].next = 3; head[1] = 5;

对于4 5 7这条边：edge[6].to = 5; edge[6].next = 4; head[4] = 6

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那么经过我们的努力理解，我们终于明白了这个函数的作用，其实还有另外一种写法：

void add_edge(int u, int v, int w)
{
	edge[++cnt].to = v;	//终点为v
	edge[cnt].w = w;	//边权
	edge[cnt].next = head[u];	//以u为起点的上一条边的编号为head[u]
	head[u] = cnt;	//更新以u为起点的最后一条边的编号为cnt
}
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看出区别了吗，其实就是 第一行的edge的 cnt提前++，其实和上面是一致的，前一个从0开始，这个的话就是从1 开始。

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对于初始化，我们直接把head memset 为 -1即可，这样就表示所有起点的最后一条边的编号为 -1，即表示没有边

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对于遍历函数：

void show()
{
	for (int i = 1; i <= n; i++)
	{
		for (int j = head[i]; j != -1; j = edge[j].next)
		{
			//1: 6 4 2 
			cout << i << " -> " << edge[j].to << ": " << edge[j].w << endl;
		}
		cout << endl;
	}
}
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由于head[i] 存储了 以i为起点的最后一条边的编号，则我们目前对于 i 所在的边集合进行操作，则 j 表示的就是与 i 相连的边的编号，便可以通过 edge来获得 j 的终点与权值；进而往前寻找以i为起点的上一条边的编号，进而往前遍历到所有连接的边。

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main函数怎么写？？？

init();
scanf("%d%d", &n, &m);
for (int i = 1; i <= n - 1; i++)
{
	int ui, vi, wi;
	scanf("%d%d%d", &ui, &vi, &wi);
	add_edge(ui, vi, wi);
	add_edge(vi, ui, wi);//建双向无向边 
}
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注意我们这是 建双向无向边，我们可以只使用一个add_edge来建单向边

完整代码

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;


const int N = 10005;
struct Edge
{
	int to, w, next;//起点,边权,以这条边为起点的上一条边的编号
}edge[N];//边集

int n, m;//n个点，m条边
int head[N], cnt;//head[i]表示以i为起点的最后一条边的编号
void init()
{
	for (int i = 1; i <= N; i++)
	{
		head[i] = -1;//以i为起点的最后上一条边的编号默认为-1
	}
	cnt = 0;
}
void add_edge(int u, int v, int w)
{
	edge[cnt].to = v;	//终点为v
	edge[cnt].w = w;	//边权
	edge[cnt].next = head[u];	//以u为起点的上一条边的编号为head[u]
	head[u] = cnt++;	//更新以u为起点的最后一条边的编号为cnt
}
void show()
{
	for (int i = 1; i <= n; i++)
	{
		for (int j = head[i]; j != -1; j = edge[j].next)
		{
			//1: 6 4 2 
			cout << i << " -> " << edge[j].to << ": " << edge[j].w << endl;
		}
		cout << endl;
	}
}

void test1()
{

	cin >> n >> m;
	init();
	for (int i = 1; i <= n-1; i++)
	{
		int u, v, w;
		cin >> u >> v >> w;
		add_edge(u, v, w);	//
	}
	show();
}


int nxt[N], to[N], val[N];//这是一堆建边要用的东西qaq 
void add_edge2(int u, int v, int w)//邻接链表建边..貌似没什么好说的 
{
	nxt[++cnt] = head[u];
	head[u] = cnt;
	to[cnt] = v;
	val[cnt] = w;
}
void test2()
{
	init();
	scanf("%d%d", &n, &m);
	for (int i = 1; i <= n - 1; i++)
	{
		int ui, vi, wi;
		scanf("%d%d%d", &ui, &vi, &wi);
		add_edge2(ui, vi, wi);
		add_edge2(vi, ui, wi);//建无向边 
	}
}
int main()
{
	/*
	5 2
	1 3 1
	1 4 10
	2 3 20
	3 5 20
	*/
	test2();

	return 0;
}.......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................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