算法精解:DAG有向无环图

DAG是公认的下一代区块链的标志。本文从算法基础去研究分析DAG算法,以及它是如何运用到区块链中,解决了当前区块链的哪些问题。

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图是数据结构中最为复杂的一种,我在上大学的时候,图的这一章会被老师划到考试范围之外,作为我们的课后兴趣部分。但实际上,图在信息化社会中的应用非常广泛。图主要包括:

无向图,结点的简单连接

有向图,连接有方向性

加权图,连接带有权值

加权有向图,连接既有方向性,又带有权值

图是由一组顶点和一组能够将两个顶点相连的边组成。

常见的地图,电路,网络等都是图的结构。

术语

顶点:图中的一个点

边:连接两个顶点的线段叫做边,edge

相邻的:一个边的两头的顶点称为是相邻的顶点

度数:由一个顶点出发,有几条边就称该顶点有几度,或者该顶点的度数是几,degree

路径:通过边来连接,按顺序的从一个顶点到另一个顶点中间经过的顶点集合

简单路径:没有重复顶点的路径

环:至少含有一条边,并且起点和终点都是同一个顶点的路径

简单环:不含有重复顶点和边的环

连通的:当从一个顶点出发可以通过至少一条边到达另一个顶点,我们就说这两个顶点是连通的

连通图:如果一个图中,从任意顶点均存在一条边可以到达另一个任意顶点,我们就说这个图是个连通图

无环图:是一种不包含环的图

稀疏图:图中每个顶点的度数都不是很高,看起来很稀疏

稠密图:图中的每个顶点的度数都很高,看起来很稠密

二分图:可以将图中所有顶点分为两部分的图

所以树其实就是一种无环连通图。

有向图

有向图是一幅有方向性的图,由一组顶点和有向边组成。所以,大白话来讲,有向图是包括箭头来代表方向的。

常见的例如食物链,网络通信等都是有向图的结构。

术语

上面我们介绍了顶点的度数,在有向图中,顶点被细分为了:

出度:由一个顶点出发的边的总数

入度:指向一个顶点的边的总数

接着,由于有向图的方向性,一条边的出发点称为头,指向点称为尾。

有向路径:图中的一组顶点可以满足从其中任意一个顶点出发,都存在一条有向边指向这组顶点中的另一个。

有向环:至少含有一条边的起点和终点都是同一个顶点的一条有向路径。

简单有向环:一条不含有重复顶点和边的环。

路径或环的长度就是他们包含的边数。

图的连通性在有向图中表现为可达性,由于边的方向性,可达性必须是通过顶点出发的边的正确方向,与另一个顶点可连通。

邻接表数组

可表示图的数据类型,意思就是如何通过一个具体的文件内容,来表示出一幅图的所有顶点,以及顶点间的边。

邻接表数组,以顶点为索引(注意顶点没有权值,只有顺序,因此是从0开始的顺序值),其中每个元素都是和该顶点相邻的顶点列表。

5 vertices, 3 edges 0: 4 1 1: 0 2: 3: 4: 背包

做一个背包集合,用来存储与一个顶点连通的顶点集合,因为不在意存储顺序,并且只进不出,所以选择背包结构来存储。温习一下背包

package algorithms.bag; import java.util.Iterator; // 定义一个背包集合,支持泛型,支持迭代 public class Bag<Item> implements Iterable<Item> { private class BagNode<Item> { Item item; BagNode next; } BagNode head; int size; @Override public Iterator<Item> iterator() { return new Iterator<Item>() { BagNode node = head; @Override public boolean hasNext() { return node.next != null; } @Override public Item next() { Item item = (Item) node.item; node = node.next; return item; } }; } public Bag() { head = new BagNode(); size = 0; } // 往前插入 public void add(Item item) { BagNode temp = new BagNode(); // 以下两行代码一定要声明,不可直接使用temp = head,那样temp赋值的是head的引用,对head的所有修改会直接同步到temp,temp就不具备缓存的功能,引发bug。。 temp.next = head.next; temp.item = head.item; head.item = item; head.next = temp; size++; } public boolean isEmpty() { return size == 0; } public int size() { return this.size; } public static void main(String[] args) { Bag<String> bags = new Bag(); bags.add("hello"); bags.add("yeah"); bags.add("liu wen bin"); bags.add("seminar"); bags.add("1243"); System.out.println(bags.size); // for (Iterator i = bags.iterator(); i.hasNext(); ) { // System.out.println(i.next()); // } // 由于Bag实现了Iterable接口,所以支持以下方式遍历 for (String a : bags) { System.out.println(a); } } } 有向图结构

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