feat: add rust codes for graph chapter (#598)

* feat: add rust codes for graph chapter

* update: remove Vertex and it's method to vertex.rs

codes/rust/Cargo.toml

@@ -229,5 +229,25 @@ path = "chapter_backtracking/subset_sum_i.rs"
 name = "subset_sum_ii"
 path = "chapter_backtracking/subset_sum_ii.rs"
 
+# Run Command: cargo run --bin graph_adjacency_list
+[[bin]]
+name = "graph_adjacency_list"
+path = "chapter_graph/graph_adjacency_list.rs"
+
+# Run Command: cargo run --bin graph_adjacency_matrix
+[[bin]]
+name = "graph_adjacency_matrix"
+path = "chapter_graph/graph_adjacency_matrix.rs"
+
+# Run Command: cargo run --bin graph_bfs
+[[bin]]
+name = "graph_bfs"
+path = "chapter_graph/graph_bfs.rs"
+
+# Run Command: cargo run --bin graph_dfs
+[[bin]]
+name = "graph_dfs"
+path = "chapter_graph/graph_dfs.rs"
+
 [dependencies]
 rand = "0.8.5"

codes/rust/chapter_graph/graph_adjacency_list.rs

@@ -0,0 +1,142 @@
+/*
+ * File: graph_adjacency_list.rs
+ * Created Time: 2023-07-12
+ * Author: night-cruise (2586447362@qq.com)
+ */
+
+include!("../include/vertex.rs");
+
+use std::collections::HashMap;
+
+/* 基于邻接表实现的无向图类型 */
+pub struct GraphAdjList {
+    // 邻接表，key: 顶点，value：该顶点的所有邻接顶点
+    pub adj_list: HashMap<Vertex, Vec<Vertex>>,
+}
+
+impl GraphAdjList {
+    /* 构造方法 */
+    pub fn new(edges: Vec<[Vertex; 2]>) -> Self {
+        let mut graph = GraphAdjList {
+            adj_list: HashMap::new(),
+        };
+        // 添加所有顶点和边
+        for edge in edges {
+            graph.add_vertex(edge[0]);
+            graph.add_vertex(edge[1]);
+            graph.add_edge(edge[0], edge[1]);
+        }
+
+        graph
+    }
+
+    /* 获取顶点数量 */
+    #[allow(unused)]
+    pub fn size(&self) -> usize {
+        self.adj_list.len()
+    }
+
+    /* 添加边 */
+    pub fn add_edge(&mut self, vet1: Vertex, vet2: Vertex) {
+        if !self.adj_list.contains_key(&vet1) || !self.adj_list.contains_key(&vet2) || vet1 == vet2
+        {
+            panic!("value error");
+        }
+        // 添加边 vet1 - vet2
+        self.adj_list.get_mut(&vet1).unwrap().push(vet2);
+        self.adj_list.get_mut(&vet2).unwrap().push(vet1);
+    }
+
+    /* 删除边 */
+    #[allow(unused)]
+    pub fn remove_edge(&mut self, vet1: Vertex, vet2: Vertex) {
+        if !self.adj_list.contains_key(&vet1) || !self.adj_list.contains_key(&vet2) || vet1 == vet2
+        {
+            panic!("value error");
+        }
+        // 删除边 vet1 - vet2
+        self.adj_list
+            .get_mut(&vet1)
+            .unwrap()
+            .retain(|&vet| vet != vet2);
+        self.adj_list
+            .get_mut(&vet2)
+            .unwrap()
+            .retain(|&vet| vet != vet1);
+    }
+
+    /* 添加顶点 */
+    pub fn add_vertex(&mut self, vet: Vertex) {
+        if self.adj_list.contains_key(&vet) {
+            return;
+        }
+        // 在邻接表中添加一个新链表
+        self.adj_list.insert(vet, vec![]);
+    }
+
+    /* 删除顶点 */
+    #[allow(unused)]
+    pub fn remove_vertex(&mut self, vet: Vertex) {
+        if !self.adj_list.contains_key(&vet) {
+            panic!("value error");
+        }
+        // 在邻接表中删除顶点 vet 对应的链表
+        self.adj_list.remove(&vet);
+        // 遍历其他顶点的链表，删除所有包含 vet 的边
+        for list in self.adj_list.values_mut() {
+            list.retain(|&v| v != vet);
+        }
+    }
+
+    /* 打印邻接表 */
+    pub fn print(&self) {
+        println!("邻接表 =");
+        for (vertex, list) in &self.adj_list {
+            let list = list.iter().map(|vertex| vertex.val).collect::<Vec<i32>>();
+            println!("{}: {:?},", vertex.val, list);
+        }
+    }
+}
+
+/* Driver Code */
+#[allow(unused)]
+fn main() {
+    /* 初始化无向图 */
+    let v = vals_to_vets(vec![1, 3, 2, 5, 4]);
+    let edges = vec![
+        [v[0], v[1]],
+        [v[0], v[3]],
+        [v[1], v[2]],
+        [v[2], v[3]],
+        [v[2], v[4]],
+        [v[3], v[4]],
+    ];
+
+    let mut graph = GraphAdjList::new(edges);
+    println!("\n初始化后，图为");
+    graph.print();
+
+    /* 添加边 */
+    // 顶点 1, 2 即 v[0], v[2]
+    graph.add_edge(v[0], v[2]);
+    println!("\n添加边 1-2 后，图为");
+    graph.print();
+
+    /* 删除边 */
+    // 顶点 1, 3 即 v[0], v[1]
+    graph.remove_edge(v[0], v[1]);
+    println!("\n删除边 1-3 后，图为");
+    graph.print();
+
+    /* 添加顶点 */
+    let v5 = Vertex { val: 6 };
+    graph.add_vertex(v5);
+    println!("\n添加顶点 6 后，图为");
+    graph.print();
+
+    /* 删除顶点 */
+    // 顶点 3 即 v[1]
+    graph.remove_vertex(v[1]);
+    println!("\n删除顶点 3 后，图为");
+    graph.print();
+}

codes/rust/chapter_graph/graph_adjacency_matrix.rs

@@ -0,0 +1,136 @@
+/*
+ * File: graph_adjacency_matrix.rs
+ * Created Time: 2023-07-12
+ * Author: night-cruise (2586447362@qq.com)
+ */
+
+/* 基于邻接矩阵实现的无向图类型 */
+pub struct GraphAdjMat {
+    // 顶点列表，元素代表“顶点值”，索引代表“顶点索引”
+    pub vertices: Vec<i32>,
+    // 邻接矩阵，行列索引对应“顶点索引”
+    pub adj_mat: Vec<Vec<i32>>,
+}
+
+impl GraphAdjMat {
+    /* 构造方法 */
+    pub fn new(vertices: Vec<i32>, edges: Vec<[usize; 2]>) -> Self {
+        let mut graph = GraphAdjMat {
+            vertices: vec![],
+            adj_mat: vec![],
+        };
+        // 添加顶点
+        for val in vertices {
+            graph.add_vertex(val);
+        }
+        // 添加边
+        // 请注意，edges 元素代表顶点索引，即对应 vertices 元素索引
+        for edge in edges {
+            graph.add_edge(edge[0], edge[1])
+        }
+
+        graph
+    }
+
+    /* 获取顶点数量 */
+    pub fn size(&self) -> usize {
+        self.vertices.len()
+    }
+
+    /* 添加顶点 */
+    pub fn add_vertex(&mut self, val: i32) {
+        let n = self.size();
+        // 向顶点列表中添加新顶点的值
+        self.vertices.push(val);
+        // 在邻接矩阵中添加一行
+        self.adj_mat.push(vec![0; n]);
+        // 在邻接矩阵中添加一列
+        for row in &mut self.adj_mat {
+            row.push(0);
+        }
+    }
+
+    /* 删除顶点 */
+    pub fn remove_vertex(&mut self, index: usize) {
+        if index >= self.size() {
+            panic!("index error")
+        }
+        // 在顶点列表中移除索引 index 的顶点
+        self.vertices.remove(index);
+        // 在邻接矩阵中删除索引 index 的行
+        self.adj_mat.remove(index);
+        // 在邻接矩阵中删除索引 index 的列
+        for row in &mut self.adj_mat {
+            row.remove(index);
+        }
+    }
+
+    /* 添加边 */
+    pub fn add_edge(&mut self, i: usize, j: usize) {
+        // 参数 i, j 对应 vertices 元素索引
+        // 索引越界与相等处理
+        if i >= self.size() || j >= self.size() || i == j {
+            panic!("index error")
+        }
+        // 在无向图中，邻接矩阵沿主对角线对称，即满足 (i, j) == (j, i)
+        self.adj_mat[i][j] = 1;
+        self.adj_mat[j][i] = 1;
+    }
+
+    /* 删除边 */
+    // 参数 i, j 对应 vertices 元素索引
+    pub fn remove_edge(&mut self, i: usize, j: usize) {
+        // 参数 i, j 对应 vertices 元素索引
+        // 索引越界与相等处理
+        if i >= self.size() || j >= self.size() || i == j {
+            panic!("index error")
+        }
+        self.adj_mat[i][j] = 0;
+        self.adj_mat[j][i] = 0;
+    }
+
+    /* 打印邻接矩阵 */
+    pub fn print(&self) {
+        println!("顶点列表 = {:?}", self.vertices);
+        println!("邻接矩阵 =");
+        println!("[");
+        for row in &self.adj_mat {
+            println!("  {:?},", row);
+        }
+        println!("]")
+    }
+}
+
+/* Driver Code */
+fn 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
+    let vertices = vec![1, 3, 2, 5, 4];
+    let edges = vec![[0, 1], [0, 3], [1, 2], [2, 3], [2, 4], [3, 4]];
+    let mut graph = GraphAdjMat::new(vertices, edges);
+    println!("\n初始化后，图为");
+    graph.print();
+
+    /* 添加边 */
+    // 顶点 1, 2 的索引分别为 0, 2
+    graph.add_edge(0, 2);
+    println!("\n添加边 1-2 后，图为");
+    graph.print();
+
+    /* 删除边 */
+    // 顶点 1, 3 的索引分别为 0, 1
+    graph.remove_edge(0, 1);
+    println!("\n删除边 1-3 后，图为");
+    graph.print();
+
+    /* 添加顶点 */
+    graph.add_vertex(6);
+    println!("\n添加顶点 6 后，图为");
+    graph.print();
+
+    /* 删除顶点 */
+    // 顶点 3 的索引为 1
+    graph.remove_vertex(1);
+    println!("\n删除顶点 3 后，图为");
+    graph.print();
+}

codes/rust/chapter_graph/graph_bfs.rs

@@ -0,0 +1,69 @@
+/*
+ * File: graph_bfs.rs
+ * Created Time: 2023-07-12
+ * Author: night-cruise (2586447362@qq.com)
+ */
+
+mod graph_adjacency_list;
+
+use std::collections::{HashSet, VecDeque};
+use graph_adjacency_list::GraphAdjList;
+use graph_adjacency_list::{Vertex, vets_to_vals, vals_to_vets};
+
+/* 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
+fn graph_bfs(graph: GraphAdjList, start_vet: Vertex) -> Vec<Vertex> {
+    // 顶点遍历序列
+    let mut res = vec![];
+    // 哈希表，用于记录已被访问过的顶点
+    let mut visited = HashSet::new();
+    visited.insert(start_vet);
+    // 队列用于实现 BFS
+    let mut que = VecDeque::new();
+    que.push_back(start_vet);
+    // 以顶点 vet 为起点，循环直至访问完所有顶点
+    while !que.is_empty() {
+        let vet = que.pop_front().unwrap(); // 队首顶点出队
+        res.push(vet); // 记录访问顶点
+                    // 遍历该顶点的所有邻接顶点
+        if let Some(adj_vets) = graph.adj_list.get(&vet) {
+            for &adj_vet in adj_vets {
+                if visited.contains(&adj_vet) {
+                    continue; // 跳过已被访问过的顶点
+                }
+                que.push_back(adj_vet); // 只入队未访问的顶点
+                visited.insert(adj_vet); // 标记该顶点已被访问
+            }
+        }
+    }
+    // 返回顶点遍历序列
+    res
+}
+
+/* Driver Code */
+fn main() {
+    /* 初始化无向图 */
+    let v = vals_to_vets(vec![0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]);
+    let edges = vec![
+        [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]],
+    ];
+    let graph = GraphAdjList::new(edges);
+    println!("\n初始化后，图为");
+    graph.print();
+
+    /* 广度优先遍历 BFS */
+    let res = graph_bfs(graph, v[0]);
+    println!("\n广度优先遍历（BFS）顶点序列为");
+    println!("{:?}", vets_to_vals(res));
+}

codes/rust/chapter_graph/graph_dfs.rs

@@ -0,0 +1,61 @@
+/*
+ * File: graph_dfs.rs
+ * Created Time: 2023-07-12
+ * Author: night-cruise (2586447362@qq.com)
+ */
+
+mod graph_adjacency_list;
+
+use std::collections::HashSet;
+use graph_adjacency_list::GraphAdjList;
+use graph_adjacency_list::{Vertex, vets_to_vals, vals_to_vets};
+
+/* 深度优先遍历 DFS 辅助函数 */
+fn dfs(graph: &GraphAdjList, visited: &mut HashSet<Vertex>, res: &mut Vec<Vertex>, vet: Vertex) {
+    res.push(vet); // 记录访问顶点
+    visited.insert(vet); // 标记该顶点已被访问
+                         // 遍历该顶点的所有邻接顶点
+    if let Some(adj_vets) = graph.adj_list.get(&vet) {
+        for &adj_vet in adj_vets {
+            if visited.contains(&adj_vet) {
+                continue; // 跳过已被访问过的顶点
+            }
+            // 递归访问邻接顶点
+            dfs(graph, visited, res, adj_vet);
+        }
+    }
+}
+
+/* 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
+fn graph_dfs(graph: GraphAdjList, start_vet: Vertex) -> Vec<Vertex> {
+    // 顶点遍历序列
+    let mut res = vec![];
+    // 哈希表，用于记录已被访问过的顶点
+    let mut visited = HashSet::new();
+    dfs(&graph, &mut visited, &mut res, start_vet);
+
+    res
+}
+
+/* Driver Code */
+fn main() {
+    /* 初始化无向图 */
+    let v = vals_to_vets(vec![0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]);
+    let edges = vec![
+        [v[0], v[1]],
+        [v[0], v[3]],
+        [v[1], v[2]],
+        [v[2], v[5]],
+        [v[4], v[5]],
+        [v[5], v[6]],
+    ];
+    let graph = GraphAdjList::new(edges);
+    println!("\n初始化后，图为");
+    graph.print();
+
+    /* 深度优先遍历 DFS */
+    let res = graph_dfs(graph, v[0]);
+    println!("\n深度优先遍历（DFS）顶点序列为");
+    println!("{:?}", vets_to_vals(res));
+}

codes/rust/include/include.rs

@@ -7,3 +7,4 @@
 pub mod print_util;
 pub mod list_node;
 pub mod tree_node;
+pub mod vertex;

codes/rust/include/vertex.rs

@@ -0,0 +1,21 @@
+/*
+ * File: vertex.rs
+ * Created Time: 2023-07-13
+ * Author: night-cruise (2586447362@qq.com)
+ */
+
+/* 顶点类型 */
+#[derive(Copy, Clone, Hash, PartialEq, Eq)]
+pub struct Vertex {
+    pub val: i32
+}
+
+/* 输入值列表 vals ，返回顶点列表 vets */
+pub fn vals_to_vets(vals: Vec<i32>) -> Vec<Vertex> {
+    vals.into_iter().map(|val| Vertex { val }).collect()
+}
+
+/* 输入顶点列表 vets ，返回值列表 vals */
+pub fn vets_to_vals(vets: Vec<Vertex>) -> Vec<i32> {
+    vets.into_iter().map(|vet| vet.val).collect()
+}