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C++如何实现图的邻接矩阵和邻接表表示

落敏君_6118

落敏君_6118

发布时间:2026-10-20 14:03:30

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来源于php中文网

原创

邻接矩阵用二维数组存边,适合稠密图,需初始化全0或INF,顶点编号从1开始时数组大小应为N+1;邻接表用vector<vector>存邻居,适合稀疏图,无向图须双向添加边,有权边需用pair存储。

c++如何实现图的邻接矩阵和邻接表表示

邻接矩阵:用二维数组存边,适合稠密图

邻接矩阵本质是 vector<vector>></vector> 或 int[N][N],索引 i 和 j 对应顶点编号,matrix[i][j] 表示从 i 到 j 是否有边(或边权)。无向图需对称赋值,有向图单向即可。

常见错误是初始化不全:忘记把所有元素设为 0(无边)或 INF(表示不可达),导致后续 if (matrix[u][v]) 判断失效。另外,顶点编号若从 1 开始,数组得开 N+1 大小,否则访问 matrix[N][N] 越界。

适用场景:图中边数接近顶点数的平方(比如网格图、完全图),或频繁查两点间是否有边 / 边权(O(1) 查询)。

示例初始化(无权无向图,顶点数 n):

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vector<vector<bool>> adj(n, vector<bool>(n, false));
// 添加边 u-v
adj[u][v] = adj[v][u] = true;

邻接表:用 vector of vector 存邻居,适合稀疏图

邻接表核心是 vector<vector>></vector>(无权)或 vector<vector int>>></vector>(有权),其中 adj[u] 存所有与 u 相连的顶点(或 {v, weight} 对)。比邻接矩阵省空间,增删边也更灵活。

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容易踩的坑:
- 忘记无向图要双向添加:adj[u].push_back(v) 和 adj[v].push_back(u) 缺一不可;
- 用 list 或 set 替代 vector——除非真需要去重或动态插入中间,否则 vector 的缓存友好性和遍历速度明显更好;
- 权重边误用 int 存 {v, w},必须用 pair<int int></int> 或自定义结构体,否则编译报错。

示例(有权有向边 u→v 权重 w):

vector<vector<pair<int, int>>> adj(n);
adj[u].emplace_back(v, w); // 推荐 emplace_back 避免临时对象

怎么选:看边密度和操作模式

判断依据不是“听起来高级”,而是实际数据特征和使用方式:

  • 边数 m 接近 n²/2?选邻接矩阵;m 小于 3n?邻接表更稳;
  • 算法需要反复查“是否存在边 u→v”?矩阵快;
  • 要遍历顶点 u 的所有出边?邻接表天然支持,矩阵得扫整行;
  • 内存受限(比如嵌入式或大 n 小 m)?邻接表空间是 O(n + m),矩阵固定 O(n²)。

没有“通用最优”,同一个项目里甚至可能混用:建图用邻接表,预处理后导出矩阵做 Floyd。

常见运行时错误和调试提示

两种表示法都容易在边界上翻车:

- 访问 adj[u][i] 前没检查 u 且 <code>i ,尤其在循环邻居时写成 <code>for (int i = 0; i (多跑一次);<br> - 读入边时顶点编号从 1 开始,但数组按 0 开始索引,忘了减 1,结果全偏移;<br> - 初始化邻接矩阵用 <code>vector<vector>>(n, vector<int>(n))</int></vector> 没问题,但若写成 vector<vector>>(n, vector<int>(n, 0))</int></vector> 是冗余的——默认构造就是 0;
- 邻接表中某顶点没连边,adj[u] 是空 vector,直接 .front() 或下标访问会崩溃。

调试时先打印 adj.size() 和几个 adj[i].size(),确认规模符合预期,比硬看逻辑更快定位越界或漏建。

真正麻烦的从来不是“怎么写出来”,而是“怎么确保它在所有边界输入下不崩、不漏、不慢”。邻接矩阵和邻接表只是工具,它们的正确性取决于你怎么初始化、怎么索引、怎么遍历。

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