feat: Add C++ code for the graph bfs and dfs (#401)

* Add C++ code for the graph bfs and dfs

* Add C++ code for the graph bfs and dfs

codes/cpp/chapter_graph/graph_adjacency_list.cpp

@@ -1,24 +1,27 @@
 /**
  * File: graph_adjacency_list.cpp
  * Created Time: 2023-02-09
- * Author: what-is-me (whatisme@outlook.jp)
+ * Author: what-is-me (whatisme@outlook.jp), Krahets (krahets@163.com)
  */
 
 #include "../include/include.hpp"
 
-/* 顶点类 */
-struct Vertex {
-    int val;
-    Vertex(int val) : val(val) {}
-};
-
 /* 基于邻接表实现的无向图类 */
 class GraphAdjList {
-    // 邻接表，使用哈希表来代替链表，以提升删除边、删除顶点的效率
-    // 请注意，adjList 中的元素是 Vertex 对象
-    unordered_map<Vertex*, unordered_set<Vertex*>> adjList;
-
 public:
+    // 邻接表，key: 顶点，value：该顶点的所有邻接顶点
+    unordered_map<Vertex*, vector<Vertex*>> adjList;
+    
+    /* 在 vector 中删除指定结点 */
+    void remove(vector<Vertex*> &vec, Vertex *vet) {
+        for (int i = 0; i < vec.size(); i++) {
+            if (vec[i] == vet) {
+                vec.erase(vec.begin() + i);
+                break;
+            }
+        }
+    }
+
     /* 构造方法 */
     GraphAdjList(const vector<vector<Vertex*>>& edges) {
         // 添加所有顶点和边
@@ -37,8 +40,8 @@ public:
         if (!adjList.count(vet1) || !adjList.count(vet2) || vet1 == vet2)
             throw invalid_argument("不存在顶点");
         // 添加边 vet1 - vet2
-        adjList[vet1].insert(vet2);
-        adjList[vet2].insert(vet1);
+        adjList[vet1].push_back(vet2);
+        adjList[vet2].push_back(vet1);
     }
 
     /* 删除边 */
@@ -46,15 +49,15 @@ public:
         if (!adjList.count(vet1) || !adjList.count(vet2) || vet1 == vet2)
             throw invalid_argument("不存在顶点");
         // 删除边 vet1 - vet2
-        adjList[vet1].erase(vet2);
-        adjList[vet2].erase(vet1);
+        remove(adjList[vet1], vet2);
+        remove(adjList[vet2], vet1);
     }
 
     /* 添加顶点 */
     void addVertex(Vertex* vet) {
         if (adjList.count(vet)) return;
         // 在邻接表中添加一个新链表
-        adjList[vet] = unordered_set<Vertex*>();
+        adjList[vet] = vector<Vertex*>();
     }
 
     /* 删除顶点 */
@@ -64,67 +67,19 @@ public:
         // 在邻接表中删除顶点 vet 对应的链表
         adjList.erase(vet);
         // 遍历其它顶点的链表，删除所有包含 vet 的边
-        for (auto& [key, set_] : adjList) {
-            set_.erase(vet);
+        for (auto& [key, vec] : adjList) {
+            remove(vec, vet);
         }
     }
 
     /* 打印邻接表 */
     void print() {
         cout << "邻接表 =" << endl;
-        for (auto& [key, value] : adjList) {
-            vector<int> tmp;
-            for (Vertex* vertex : value)
-                tmp.push_back(vertex->val);
+        for (auto& [key, vec] : adjList) {
             cout << key->val << ": ";
-            PrintUtil::printVector(tmp);
+            PrintUtil::printVector(vetsToVals(vec));
         }
     }
 };
 
-
-/* Driver Code */
-int main() {
-    /* 初始化无向图 */
-    Vertex *v0 = new Vertex(1),
-           *v1 = new Vertex(3),
-           *v2 = new Vertex(2),
-           *v3 = new Vertex(5),
-           *v4 = new Vertex(4);
-    vector<vector<Vertex*>> edges = {{v0, v1}, {v1, v2}, {v2, v3}, {v0, v3}, {v2, v4}, {v3, v4}};
-    GraphAdjList graph(edges);
-    cout << "\n初始化后，图为" << endl;
-    graph.print();
-
-    /* 添加边 */
-    // 顶点 1, 2 即 v0, v2
-    graph.addEdge(v0, v2);
-    cout << "\n添加边 1-2 后，图为" << endl;
-    graph.print();
-
-    /* 删除边 */
-    // 顶点 1, 3 即 v0, v1
-    graph.removeEdge(v0, v1);
-    cout << "\n删除边 1-3 后，图为" << endl;
-    graph.print();
-
-    /* 添加顶点 */
-    Vertex* v5 = new Vertex(6);
-    graph.addVertex(v5);
-    cout << "\n添加顶点 6 后，图为" << endl;
-    graph.print();
-
-    /* 删除顶点 */
-    // 顶点 3 即 v1
-    graph.removeVertex(v1);
-    cout << "\n删除顶点 3 后，图为" << endl;
-    graph.print();
-
-    /* 释放内存 */
-    delete v0;
-    delete v1;
-    delete v2;
-    delete v3;
-    delete v4;
-    delete v5;
-}
+// GraphAdjList 的测试样例在 graph_adjacency_list_test.cpp 文件中

codes/cpp/chapter_graph/graph_adjacency_list_test.cpp

@@ -0,0 +1,49 @@
+/**
+ * File: graph_adjacency_list_test.cpp
+ * Created Time: 2023-02-09
+ * Author: what-is-me (whatisme@outlook.jp), Krahets (krahets@163.com)
+ */
+
+#include "./graph_adjacency_list.cpp"
+
+/* Driver Code */
+int main() {
+    /* 初始化无向图 */
+    vector<Vertex*> v = valsToVets(vector<int> { 1, 3, 2, 5, 4 });
+    vector<vector<Vertex*>> edges = { { v[0], v[1] }, { v[0], v[3] }, { v[1], v[2] }, 
+                                      { v[2], v[3] }, { v[2], v[4] }, { v[3], v[4] } };
+    GraphAdjList graph(edges);
+    cout << "\n初始化后，图为" << endl;
+    graph.print();
+
+    /* 添加边 */
+    // 顶点 1, 2 即 v[0], v[2]
+    graph.addEdge(v[0], v[2]);
+    cout << "\n添加边 1-2 后，图为" << endl;
+    graph.print();
+
+    /* 删除边 */
+    // 顶点 1, 3 即 v[0], v[1]
+    graph.removeEdge(v[0], v[1]);
+    cout << "\n删除边 1-3 后，图为" << endl;
+    graph.print();
+
+    /* 添加顶点 */
+    Vertex* v5 = new Vertex(6);
+    graph.addVertex(v5);
+    cout << "\n添加顶点 6 后，图为" << endl;
+    graph.print();
+
+    /* 删除顶点 */
+    // 顶点 3 即 v[1]
+    graph.removeVertex(v[1]);
+    cout << "\n删除顶点 3 后，图为" << endl;
+    graph.print();
+
+    // 释放内存
+    for (Vertex *vet : v) {
+        delete vet;
+    }
+
+    return 0;
+}

codes/cpp/chapter_graph/graph_adjacency_matrix.cpp

@@ -90,13 +90,12 @@ public:
     }
 };
 
-
 /* Driver Code */
 int main() {
     /* 初始化无向图 */
     // 请注意，edges 元素代表顶点索引，即对应 vertices 元素索引
-    vector<int> vertices = {1, 3, 2, 5, 4};
-    vector<vector<int>> edges = {{0, 1}, {0, 2}, {1, 2}, {2, 3}, {0, 3}, {2, 4}, {3, 4}};
+    vector<int> vertices = { 1, 3, 2, 5, 4 };
+    vector<vector<int>> edges = { { 0, 1 }, { 0, 3 }, { 1, 2 }, { 2, 3 }, { 2, 4 }, { 3, 4 } };
     GraphAdjMat graph(vertices, edges);
     cout << "\n初始化后，图为" << endl;
     graph.print();
@@ -123,4 +122,6 @@ int main() {
     graph.removeVertex(1);
     cout << "\n删除顶点 3 后，图为" << endl;
     graph.print();
+
+    return 0;
 }

codes/cpp/chapter_graph/graph_bfs.cpp

@@ -0,0 +1,59 @@
+/**
+ * File: graph_bfs.cpp
+ * Created Time: 2023-03-02
+ * Author: Krahets (krahets@163.com)
+ */
+
+#include "../include/include.hpp"
+#include "./graph_adjacency_list.cpp"
+
+/* 广度优先遍历 BFS */
+// 使用邻接表来表示图，以便获取指定顶点的所有邻接顶点
+vector<Vertex*> graphBFS(GraphAdjList &graph, Vertex *startVet) {
+    // 顶点遍历序列
+    vector<Vertex*> res;
+    // 哈希表，用于记录已被访问过的顶点
+    unordered_set<Vertex*> visited = { startVet };
+    // 队列用于实现 BFS
+    queue<Vertex*> que;
+    que.push(startVet);
+    // 以顶点 vet 为起点，循环直至访问完所有顶点
+    while (!que.empty()) {
+        Vertex *vet = que.front();
+        que.pop();          // 队首顶点出队
+        res.push_back(vet); // 记录访问顶点
+        // 遍历该顶点的所有邻接顶点
+        for (auto adjVet : graph.adjList[vet]) {
+            if (visited.count(adjVet))
+                continue;           // 跳过已被访问过的顶点
+            que.push(adjVet);       // 只入队未访问的顶点
+            visited.emplace(adjVet); // 标记该顶点已被访问
+        }
+    }
+    // 返回顶点遍历序列
+    return res;
+}
+
+/* Driver Code */
+int main() {
+    /* 初始化无向图 */
+    vector<Vertex*> v = valsToVets({ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 });
+    vector<vector<Vertex*>> edges = { { v[0], v[1] }, { v[0], v[3] }, { v[1], v[2] }, { v[1], v[4] },
+                                      { v[2], v[5] }, { v[3], v[4] }, { v[3], v[6] }, { v[4], v[5] },
+                                      { v[4], v[7] }, { v[5], v[8] }, { v[6], v[7] }, { v[7], v[8] } };
+    GraphAdjList graph(edges);
+    cout << "\n初始化后，图为\\n";
+    graph.print();
+
+    /* 广度优先遍历 BFS */
+    vector<Vertex*> res = graphBFS(graph, v[0]);
+    cout << "\n广度优先遍历（BFS）顶点序列为" << endl;
+    PrintUtil::printVector(vetsToVals(res));
+
+    // 释放内存
+    for (Vertex *vet : v) {
+        delete vet;
+    }
+
+    return 0;
+}

codes/cpp/chapter_graph/graph_dfs.cpp

@@ -0,0 +1,55 @@
+/**
+ * File: graph_dfs.cpp
+ * Created Time: 2023-03-02
+ * Author: Krahets (krahets@163.com)
+ */
+
+#include "../include/include.hpp"
+#include "./graph_adjacency_list.cpp"
+
+/* 深度优先遍历 DFS 辅助函数 */
+void dfs(GraphAdjList& graph, unordered_set<Vertex*>& visited, vector<Vertex*>& res, Vertex* vet) {
+    res.push_back(vet);   // 记录访问顶点
+    visited.emplace(vet); // 标记该顶点已被访问
+    // 遍历该顶点的所有邻接顶点
+    for (Vertex* adjVet : graph.adjList[vet]) {
+        if (visited.count(adjVet))
+            continue;     // 跳过已被访问过的顶点
+        // 递归访问邻接顶点
+        dfs(graph, visited, res, adjVet);
+    }
+}
+
+/* 深度优先遍历 DFS */
+// 使用邻接表来表示图，以便获取指定顶点的所有邻接顶点
+vector<Vertex*> graphDFS(GraphAdjList& graph, Vertex* startVet) {
+    // 顶点遍历序列
+    vector<Vertex*> res;
+    // 哈希表，用于记录已被访问过的顶点
+    unordered_set<Vertex*> visited;
+    dfs(graph, visited, res, startVet);
+    return res;
+}
+
+/* Driver Code */
+int main() {
+    /* 初始化无向图 */
+    vector<Vertex*> v = valsToVets(vector<int> { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 });
+    vector<vector<Vertex*>> edges = { { v[0], v[1] }, { v[0], v[3] }, { v[1], v[2] },
+                                      { v[2], v[5] }, { v[4], v[5] }, { v[5], v[6] } };
+    GraphAdjList graph(edges);
+    cout << "\n初始化后，图为" << endl;
+    graph.print();
+
+    /* 深度优先遍历 DFS */
+    vector<Vertex*> res = graphDFS(graph, v[0]);
+    cout << "\n深度优先遍历（DFS）顶点序列为" << endl;
+    PrintUtil::printVector(vetsToVals(res));
+
+    // 释放内存
+    for (Vertex *vet : v) {
+        delete vet;
+    }
+
+    return 0;
+}

codes/cpp/chapter_stack_and_queue/linkedlist_deque.cpp

@@ -8,17 +8,17 @@
 
 
 /* 双向链表结点 */
-struct DoubleListNode {
+struct DoublyListNode {
     int val;               // 结点值
-    DoubleListNode *next;  // 后继结点指针
-    DoubleListNode *prev;  // 前驱结点指针
-    DoubleListNode(int val) : val(val), prev(nullptr), next(nullptr) {}
+    DoublyListNode *next;  // 后继结点指针
+    DoublyListNode *prev;  // 前驱结点指针
+    DoublyListNode(int val) : val(val), prev(nullptr), next(nullptr) {}
 };
 
 /* 基于双向链表实现的双向队列 */
 class LinkedListDeque {
 private:
-    DoubleListNode *front, *rear; // 头结点 front ，尾结点 rear
+    DoublyListNode *front, *rear; // 头结点 front ，尾结点 rear
     int queSize = 0;              // 双向队列的长度
 
 public:
@@ -28,7 +28,7 @@ public:
     /* 析构方法 */
     ~LinkedListDeque() {
         // 释放内存
-        DoubleListNode *pre, *cur = front;
+        DoublyListNode *pre, *cur = front;
         while (cur != nullptr) {
             pre = cur;
             cur = cur->next;
@@ -48,7 +48,7 @@ public:
 
     /* 入队操作 */
     void push(int num, bool isFront) {
-        DoubleListNode *node = new DoubleListNode(num);
+        DoublyListNode *node = new DoublyListNode(num);
         // 若链表为空，则令 front, rear 都指向 node
         if (isEmpty())
             front = rear = node;
@@ -88,7 +88,7 @@ public:
         if (isFront) {
             val = front->val; // 暂存头结点值
             // 删除头结点
-            DoubleListNode *fNext = front->next;
+            DoublyListNode *fNext = front->next;
             if (fNext != nullptr) {
                 fNext->prev = nullptr;
                 front->next = nullptr;
@@ -98,7 +98,7 @@ public:
         } else {
             val = rear->val; // 暂存尾结点值
             // 删除尾结点
-            DoubleListNode *rPrev = rear->prev;
+            DoublyListNode *rPrev = rear->prev;
             if (rPrev != nullptr) {
                 rPrev->next = nullptr;
                 rear->prev = nullptr;
@@ -131,7 +131,7 @@ public:
 
     /* 返回数组用于打印 */
     vector<int> toVector() {
-        DoubleListNode *node = front;
+        DoublyListNode *node = front;
         vector<int> res(size());
         for (int i = 0; i < res.size(); i++) {
             res[i] = node->val;

codes/cpp/include/Vertex.hpp

@@ -0,0 +1,34 @@
+/**
+ * File: PrintUtil.hpp
+ * Created Time: 2023-03-02
+ * Author: Krahets (krahets@163.com)
+ */
+
+#pragma once
+
+#include <vector>
+using namespace std;
+
+/* 顶点类 */
+struct Vertex {
+    int val;
+    Vertex(int x) : val(x) {}
+};
+
+/* 输入值列表 vals ，返回顶点列表 vets */
+vector<Vertex*> valsToVets(vector<int> vals) {
+    vector<Vertex*> vets;
+    for (int val : vals) {
+        vets.push_back(new Vertex(val));
+    }
+    return vets;
+}
+
+/* 输入顶点列表 vets ，返回值列表 vals */
+vector<int> vetsToVals(vector<Vertex*> vets) {
+    vector<int> vals;
+    for (Vertex *vet : vets) {
+        vals.push_back(vet->val);
+    }
+    return vals;
+}

codes/cpp/include/include.hpp

@@ -22,6 +22,7 @@
 
 #include "ListNode.hpp"
 #include "TreeNode.hpp"
+#include "Vertex.hpp"
 #include "PrintUtil.hpp"
 
 using namespace std;

codes/java/chapter_graph/graph_adjacency_list.java

@@ -84,7 +84,8 @@ public class graph_adjacency_list {
     public static void main(String[] args) {
         /* 初始化无向图 */
         Vertex[] v = Vertex.valsToVets(new int[] { 1, 3, 2, 5, 4 });
-        Vertex[][] edges = { { v[0], v[1] }, { v[0], v[3] }, { v[1], v[2] }, { v[2], v[3] }, { v[2], v[4] }, { v[3], v[4] } };
+        Vertex[][] edges = { { v[0], v[1] }, { v[0], v[3] }, { v[1], v[2] }, 
+                             { v[2], v[3] }, { v[2], v[4] }, { v[3], v[4] } };
         GraphAdjList graph = new GraphAdjList(edges);
         System.out.println("\n初始化后，图为");
         graph.print();

docs/chapter_stack_and_queue/deque.md

@@ -325,7 +325,7 @@
 === "C++"
 
     ```cpp title="linkedlist_deque.cpp"
-    [class]{ListNode}-[func]{}
+    [class]{DoublyListNode}-[func]{}
 
     [class]{LinkedListDeque}-[func]{}
     ```

docs/index.md

@@ -64,8 +64,6 @@ hide:
 
 如果你也有上述烦恼，那么很幸运这本书找到了你。本书是我对于该问题给出的答案，虽然不一定正确，但至少代表一次积极的尝试。这本书虽然不足以让你直接拿到 Offer ，但会引导你探索数据结构与算法的“知识地图”，带你了解不同“地雷”的形状大小和分布位置，让你掌握各种“排雷方法”。有了这些本领，相信你可以更加得心应手地刷题与阅读文献，逐步搭建起完整的知识体系。
 
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-
 <h3 align="left"> 作者简介 </h3>
 
 靳宇栋 (Krahets)，大厂高级算法工程师，上海交通大学硕士。力扣（LeetCode）全网阅读量最高博主，其 LeetBook《图解算法数据结构》已被订阅 22 万本。