def span_forest(graph):
vnum = graph.get_num()
DFS_seq = [None] * vnum
#递归主体
def clfs(graph, v):
nonlocal DFS_seq
for u, w in graph.out_edge(v): #遍历节点v的所有的临接边
if DFS_seq[u] is None: #寻找生成树不包含的临接顶点
DFS_seq[u] = (v, w) #将u加入到生成树的点集合中
clfs(graph, u) #然后以u作为下次递归的起点，寻找u的临接点，找到没有包含
#在生成树中的临接点，然后将其加入生成树，依次递归。
#选择生成树的起点，因为有可能某个起点并不是根
for i in range(vnum):
if DFS_seq[i] is None:
DFS_seq[i] = (i, 0)
clfs(graph, i)
#检查是否有孤立点，即加入了两个起点其将所有的点检索完毕
counter = 0
for x in DFS_seq:
if x[1] == 0:
counter += 1
if counter > 1:
raise ValueError('There is a islanddot')
return DFS_seq
def toposort(graph):
vnum = graph.get_num() #取顶点数值
indegree, toposeq = [0] * vnum, [] #建立入度表，其中度为0的顶点串成一串，拓扑序列表，初始为空表
zerov = -1 #第一个入也是相当于栈底入度为0的顶点的元素，代表往下没有入度为0的顶点了，它是第一个
for vi in range(vnum):
for j, w in graph.out_edge(vi): #遍历所有顶点的临接边，然后做出所有顶点的入度表
if w != 0: #该条件排除对角线上自身为入度的干扰
indegree[j] += 1
for vi in range(vnum): #找到入度为0的顶点，然后将他们串成串，具体的是：第一个入度为0的点元素为-1，栈底，更新zerov
if indegree[vi] == 0: #第二个入度为0的点的元素是上一个的顶点的序号zerov，循环。因此最后出现的为0的顶点为栈顶
indegree[
vi] = zerov #此时zerov指向该顶点的序号，然后每个indegree[vi]的元素都是下一个入度为0的顶点的序号
zerov = vi
for n in range(vnum): #主循环
if zerov == -1: #没有入度为0的顶点，即zerov没有更新，那么不存在拓扑排序
return False
vi = zerov #保存zerov，即第一个入度为0的顶点
zerov = indegree[
zerov] #第一个入度为0的顶点出栈（从图中取下，加入拓扑序），此时栈顶应该指向下一个入度为0的顶点的序号indegree[zerov]
toposeq.append(vi) #将弹出的第一个入度为0的顶点加入拓扑序
for v, w in graph.out_edge(vi): #由于将顶点弹出，那么与该顶点相连的所有临接顶点的入度都要减一（新图）
indegree[v] -= 1
if indegree[
v] == 0: #更新入度表后，可能出现新的入度为0的点，此时要加入栈，具体是将indegree[v]=zerov，即新点v的元素指向下一个
indegree[
v] = zerov #入度为0的点，也就是老的zerov，然后再更新zerov=v，更新栈顶，继续重复上述过程
zerov = v
#随着顶点不断从入读表中弹出，不断产生新的入度为0的点，进而不断弹出入度为0的元素，当弹出vnum个时，得到排序
return toposeq
def ee_time(graph, toposeq):
vnum = graph.get_num()
ee = [0] * vnum #初始化各事件最早发生事件为0
for i in toposeq: #按照拓扑序列的事件顺序遍历事件
for j, w in graph.out_edge(i): #以每个事件寻找其临接事件，然后更新临接事件的最早发生事件
if ee[j] < (ee[i] + w): #一个事件可能被多此找到，因此寻找最大的那个最早发生事件
ee[j] = ee[i] + w
return ee
def le_time(graph, toposeq, ealast):
vnum = graph.get_num()
le = [ealast] * vnum
for k in range(vnum - 2, -1,
-1): #显然寻找最迟发生事件需要逆拓扑排序寻找，vnum-1最后一个的le是确定的
i = toposeq[k]
for j, w in graph.out_edge(i): #找到事件i的临接事件，对其最迟发生时间更新
if (le[j] - w) < le[i]: #如果计算出的最迟发生时间le[i]-w，比原先的更小，那么更新它
le[i] = le[j] - w
return le
def crt_path(graph, ee, le): #根据ee,le和graph来寻找关键活动序列
vnum = graph.get_num()
crt_ac = []
for i in range(vnum):
for j, w in graph.out_edge(i): #不能直接对比ee,le，因此这样只能得到关键活动，没办法得到关键路径
if ee[i] == (le[j] - w): #得到关键路径,遍历时间，对于时间i，它的临接时间j被遍历,如果满足
#ee[i]=le[j]-w le[i]
crt_ac.append(
((i, j),
(ee[i],
le[i]))) #输出的是vi,vj时间之间的活动集合，同时加上（ee[i],le[i]）检验一下
return crt_ac, ee, le
def all_shaort_paths(graph):
vnum = graph.get_num()
a = [[graph.get_edge(i, j) for j in range(vnum)]
for i in range(vnum)] #复制原图的权重表
path = [[-1 if a[i][j] == inf else j for j in range(vnum)]
for i in range(vnum)] #创建轨迹表
#其元素path[i][j]表示vi到vj路径上面的下一个点
for k in range(vnum):
for i in range(vnum):
for j in range(vnum):
if a[i][j] > a[i][k] + a[k][j]:
a[i][j] = a[i][k] + a[k][j]
path[i][j] = path[i][k] #运用了性质vi到v的最短路径的v的前一个点v·,
# 那么vi到v`也是最短路径，那么下一个顶点都是相同的
return (a, path)
def Dij_min_spanforest(graph, vo_):
vnum = graph.get_num() #记录长度
paths = [None] * vnum #轨迹记录表，同时按是不是None来区分该顶点在不在U中
cands = Prique_heap([(0, vo_, vo_)
]) #记录V-U中顶点的最短路径的优先序列，只有U中顶点的临接点在其中，不在的长度为无穷
counter = 0 #计数器
while counter < vnum and not cands.is_empty():
lens, u, v = cands.dequeue() #弹出最短路径最短的一个临接顶点，即vmin=v
if paths[v] is not None: #如该定点在U中不满足条件，跳过
continue
paths[v] = (u, lens) #满足条件，记录该顶点，加入U，格式是上一顶点再加上路径长度
counter += 1
for j, w in graph.out_edge(v): #由于vmin的加入，vmin的临接顶点的最短路径可能会发生变化，进行更新。
if paths[j] is None:
cands.enqueue((lens + w, v, j)) #更新加入vmin的不再U中的临接顶点及其最短路径
return paths #返回得到的路径表
def P_MST(graph):
vnum = graph.get_num()
mst = [None] * vnum #建立一个最小生成树的路径表，同时也充当表示最小生成树
#已包含的顶点的作用，比如第i个元素的值不是none代表最小生成树
#包含第i个顶点
cands = Prique_heap([(0, 0, 0)]) #初始时将初始点的父节点（它本身）表示的临接边加入优先序列
counter = 0 #计数值
while counter < vnum and not cands.is_empty():
w, vi, vj = cands.dequeue() #从优先序列中取出权值最小的临接边（一个点在U，一个点在V-U）
if mst[vj] is not None: #这个临接边不满足条件vj在V-U中，也是就是一个点在生成树集之外
continue #跳过这条边
mst[vj] = ((vi, vj), w) #将满足条件的边加入到路径表，同时也表示第vj个顶点已经加入到生成树集
counter += 1
for j, w in graph.out_edge(vj): #将新加入的vj的满足条件的临接边（终点在V-U之外）加入到优先队列
#此时队列中包含V-U中的顶点的所有的还未弹出的临接边（继续找最小的）
if mst[j] is None:
cands.enqueue((w, vj, j))
return mst
def critical_paths(graph):
def ee_time(graph, toposeq):
vnum = graph.get_num()
ee = [0] * vnum #初始化各事件最早发生事件为0
for i in toposeq: #按照拓扑序列的事件顺序遍历事件
for j, w in graph.out_edge(i): #以每个事件寻找其临接事件，然后更新临接事件的最早发生事件
if ee[j] < (ee[i] + w): #一个事件可能被多此找到，因此寻找最大的那个最早发生事件
ee[j] = ee[i] + w
return ee
def le_time(graph, toposeq, ealast):
vnum = graph.get_num()
le = [ealast] * vnum
for k in range(vnum - 2, -1,
-1): #显然寻找最迟发生事件需要逆拓扑排序寻找，vnum-1最后一个的le是确定的
i = toposeq[k]
for j, w in graph.out_edge(i): #找到事件i的临接事件，对其最迟发生时间更新
if (le[j] - w) < le[i]: #如果计算出的最迟发生时间le[i]-w，比原先的更小，那么更新它
le[i] = le[j] - w
return le
#ee,le中的顺序都是代表拓扑排序的顶点（事件）的顺序
def crt_path(graph, ee, le): #根据ee,le和graph来寻找关键活动序列
vnum = graph.get_num()
crt_ac = []
for i in range(vnum):
for j, w in graph.out_edge(i): #不能直接对比ee,le，因此这样只能得到关键活动，没办法得到关键路径
if ee[i] == (le[j] - w): #得到关键路径,遍历时间，对于时间i，它的临接时间j被遍历,如果满足
#ee[i]=le[j]-w le[i]
crt_ac.append(
((i, j),
(ee[i],
le[i]))) #输出的是vi,vj时间之间的活动集合，同时加上（ee[i],le[i]）检验一下
return crt_ac, ee, le
toposeq = toposort(graph)
#print(toposeq)
if not toposeq: #由于不存在入度为0的点，因此graph不存在拓扑序列
return False
ee = ee_time(graph, toposeq)
le = le_time(graph, toposeq, ee[graph.get_num() - 1])
return crt_path(graph, ee, le)
def K_MST(graph):
vnum = graph.get_num()
reps = [i for i in range(vnum)] #建立一个指示表，看表示不同的顶点是否在一个连通图
edges = []
for i in range(vnum): #构建包含所有边的表
for j, w in graph.out_edge(i):
edges.append((w, i, j))
edges.sort() #将按从小大的顺序排列
mst = [] #记录最小生成图边的表,完成时应该包含n-1条边
#counter=0 #计数值,当计数到n-1时退出，证明已经得到最小生成树
for w, vi, vj, in edges:
if reps[vi] != reps[vj]: #新加入的最小边有效的前提是端点不再一个连同图内
mst.append(((vi, vj), w))
#counter+=1
if len(mst) == vnum - 1:
break
rep, orep = reps[vi], reps[vj] #更新维护指示表，使新加入的边的端点在一个连通图内
for x in range(len(reps)):
if reps[x] == orep:
reps[x] = rep
return mst
