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ja/codes/csharp/chapter_graph/graph_adjacency_list.cs

@@ -0,0 +1,122 @@
+/**
+ * File: graph_adjacency_list.cs
+ * Created Time: 2023-02-06
+ * Author: zjkung1123 (zjkung1123@gmail.com)
+ */
+
+namespace hello_algo.chapter_graph;
+
+/* 隣接リストに基づく無向グラフクラス */
+public class GraphAdjList {
+    // 隣接リスト。key は頂点、value はその頂点に隣接する全頂点
+    public Dictionary<Vertex, List<Vertex>> adjList;
+
+    /* コンストラクタ */
+    public GraphAdjList(Vertex[][] edges) {
+        adjList = [];
+        // すべての頂点と辺を追加
+        foreach (Vertex[] edge in edges) {
+            AddVertex(edge[0]);
+            AddVertex(edge[1]);
+            AddEdge(edge[0], edge[1]);
+        }
+    }
+
+    /* 頂点数を取得 */
+    int Size() {
+        return adjList.Count;
+    }
+
+    /* 辺を追加 */
+    public void AddEdge(Vertex vet1, Vertex vet2) {
+        if (!adjList.ContainsKey(vet1) || !adjList.ContainsKey(vet2) || vet1 == vet2)
+            throw new InvalidOperationException();
+        // 辺 vet1 - vet2 を追加
+        adjList[vet1].Add(vet2);
+        adjList[vet2].Add(vet1);
+    }
+
+    /* 辺を削除 */
+    public void RemoveEdge(Vertex vet1, Vertex vet2) {
+        if (!adjList.ContainsKey(vet1) || !adjList.ContainsKey(vet2) || vet1 == vet2)
+            throw new InvalidOperationException();
+        // 辺 vet1 - vet2 を削除
+        adjList[vet1].Remove(vet2);
+        adjList[vet2].Remove(vet1);
+    }
+
+    /* 頂点を追加 */
+    public void AddVertex(Vertex vet) {
+        if (adjList.ContainsKey(vet))
+            return;
+        // 隣接リストに新しいリストを追加
+        adjList.Add(vet, []);
+    }
+
+    /* 頂点を削除 */
+    public void RemoveVertex(Vertex vet) {
+        if (!adjList.ContainsKey(vet))
+            throw new InvalidOperationException();
+        // 隣接リストから頂点 vet に対応するリストを削除
+        adjList.Remove(vet);
+        // 他の頂点のリストを走査し、vet を含むすべての辺を削除
+        foreach (List<Vertex> list in adjList.Values) {
+            list.Remove(vet);
+        }
+    }
+
+    /* 隣接リストを出力 */
+    public void Print() {
+        Console.WriteLine("隣接リスト =");
+        foreach (KeyValuePair<Vertex, List<Vertex>> pair in adjList) {
+            List<int> tmp = [];
+            foreach (Vertex vertex in pair.Value)
+                tmp.Add(vertex.val);
+            Console.WriteLine(pair.Key.val + ": [" + string.Join(", ", tmp) + "],");
+        }
+    }
+}
+
+public class graph_adjacency_list {
+    [Test]
+    public void Test() {
+        /* 無向グラフを初期化 */
+        Vertex[] v = Vertex.ValsToVets([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]] 
+        ];
+        GraphAdjList graph = new(edges);
+        Console.WriteLine("\n初期化後、グラフは");
+        graph.Print();
+
+        /* 辺を追加 */
+        // 頂点 1, 2 は v[0], v[2]
+        graph.AddEdge(v[0], v[2]);
+        Console.WriteLine("\n辺 1-2 を追加した後、グラフは");
+        graph.Print();
+
+        /* 辺を削除 */
+        // 頂点 1, 3 は v[0], v[1]
+        graph.RemoveEdge(v[0], v[1]);
+        Console.WriteLine("\n辺 1-3 を削除した後、グラフは");
+        graph.Print();
+
+        /* 頂点を追加 */
+        Vertex v5 = new(6);
+        graph.AddVertex(v5);
+        Console.WriteLine("\n頂点 6 を追加した後、グラフは");
+        graph.Print();
+
+        /* 頂点を削除 */
+        // 頂点 3 は v[1]
+        graph.RemoveVertex(v[1]);
+        Console.WriteLine("\n頂点 3 を削除した後、グラフは");
+        graph.Print();
+    }
+}

ja/codes/csharp/chapter_graph/graph_adjacency_matrix.cs

@@ -0,0 +1,137 @@
+/**
+ * File: graph_adjacency_matrix.cs
+ * Created Time: 2023-02-06
+ * Author: zjkung1123 (zjkung1123@gmail.com)
+ */
+
+namespace hello_algo.chapter_graph;
+
+/* 隣接行列に基づく無向グラフクラス */
+class GraphAdjMat {
+    List<int> vertices;     // 頂点リスト。要素は「頂点値」、インデックスは「頂点インデックス」を表す
+    List<List<int>> adjMat; // 隣接行列。行・列のインデックスは「頂点インデックス」に対応
+
+    /* コンストラクタ */
+    public GraphAdjMat(int[] vertices, int[][] edges) {
+        this.vertices = [];
+        this.adjMat = [];
+        // 頂点を追加
+        foreach (int val in vertices) {
+            AddVertex(val);
+        }
+        // 辺を追加
+        // 注意：edges の各要素は頂点インデックスを表し、vertices の要素インデックスに対応する
+        foreach (int[] e in edges) {
+            AddEdge(e[0], e[1]);
+        }
+    }
+
+    /* 頂点数を取得 */
+    int Size() {
+        return vertices.Count;
+    }
+
+    /* 頂点を追加 */
+    public void AddVertex(int val) {
+        int n = Size();
+        // 頂点リストに新しい頂点の値を追加
+        vertices.Add(val);
+        // 隣接行列に 1 行追加
+        List<int> newRow = new(n);
+        for (int j = 0; j < n; j++) {
+            newRow.Add(0);
+        }
+        adjMat.Add(newRow);
+        // 隣接行列に 1 列追加
+        foreach (List<int> row in adjMat) {
+            row.Add(0);
+        }
+    }
+
+    /* 頂点を削除 */
+    public void RemoveVertex(int index) {
+        if (index >= Size())
+            throw new IndexOutOfRangeException();
+        // 頂点リストから index の頂点を削除する
+        vertices.RemoveAt(index);
+        // 隣接行列で index 行を削除する
+        adjMat.RemoveAt(index);
+        // 隣接行列で index 列を削除する
+        foreach (List<int> row in adjMat) {
+            row.RemoveAt(index);
+        }
+    }
+
+    /* 辺を追加 */
+    // 引数 i, j は vertices の要素インデックスに対応する
+    public void AddEdge(int i, int j) {
+        // インデックスの範囲外と等値の処理
+        if (i < 0 || j < 0 || i >= Size() || j >= Size() || i == j)
+            throw new IndexOutOfRangeException();
+        // 無向グラフでは、隣接行列は主対角線に関して対称、すなわち (i, j) == (j, i) を満たす
+        adjMat[i][j] = 1;
+        adjMat[j][i] = 1;
+    }
+
+    /* 辺を削除 */
+    // 引数 i, j は vertices の要素インデックスに対応する
+    public void RemoveEdge(int i, int j) {
+        // インデックスの範囲外と等値の処理
+        if (i < 0 || j < 0 || i >= Size() || j >= Size() || i == j)
+            throw new IndexOutOfRangeException();
+        adjMat[i][j] = 0;
+        adjMat[j][i] = 0;
+    }
+
+    /* 隣接行列を出力 */
+    public void Print() {
+        Console.Write("頂点リスト = ");
+        PrintUtil.PrintList(vertices);
+        Console.WriteLine("隣接行列 =");
+        PrintUtil.PrintMatrix(adjMat);
+    }
+}
+
+public class graph_adjacency_matrix {
+    [Test]
+    public void Test() {
+        /* 無向グラフを初期化 */
+        // edges の要素は頂点インデックス、すなわち vertices の要素インデックスに対応する点に注意
+        int[] vertices = [1, 3, 2, 5, 4];
+        int[][] edges = 
+        [
+            [0, 1],
+            [0, 3],
+            [1, 2],
+            [2, 3],
+            [2, 4],
+            [3, 4]
+        ];
+        GraphAdjMat graph = new(vertices, edges);
+        Console.WriteLine("\n初期化後、グラフは");
+        graph.Print();
+
+        /* 辺を追加 */
+        // 頂点 1, 2 のインデックスはそれぞれ 0, 2
+        graph.AddEdge(0, 2);
+        Console.WriteLine("\n辺 1-2 を追加した後、グラフは");
+        graph.Print();
+
+        /* 辺を削除 */
+        // 頂点 1, 3 のインデックスはそれぞれ 0, 1
+        graph.RemoveEdge(0, 1);
+        Console.WriteLine("\n辺 1-3 を削除した後、グラフは");
+        graph.Print();
+
+        /* 頂点を追加 */
+        graph.AddVertex(6);
+        Console.WriteLine("\n頂点 6 を追加した後、グラフは");
+        graph.Print();
+
+        /* 頂点を削除 */
+        // 頂点 3 のインデックスは 1
+        graph.RemoveVertex(1);
+        Console.WriteLine("\n頂点 3 を削除した後、グラフは");
+        graph.Print();
+    }
+}

ja/codes/csharp/chapter_graph/graph_bfs.cs

@@ -0,0 +1,58 @@
+/**
+ * File: graph_bfs.cs
+ * Created Time: 2023-03-08
+ * Author: hpstory (hpstory1024@163.com)
+ */
+
+namespace hello_algo.chapter_graph;
+
+public class graph_bfs {
+    /* 幅優先探索 */
+    // グラフを隣接リストで表し、指定した頂点の隣接頂点をすべて取得できるようにする
+    List<Vertex> GraphBFS(GraphAdjList graph, Vertex startVet) {
+        // 頂点の走査順序
+        List<Vertex> res = [];
+        // 訪問済み頂点を記録するためのハッシュ集合
+        HashSet<Vertex> visited = [startVet];
+        // BFS の実装にキューを用いる
+        Queue<Vertex> que = new();
+        que.Enqueue(startVet);
+        // 頂点 vet を起点に、すべての頂点を訪問し終えるまで繰り返す
+        while (que.Count > 0) {
+            Vertex vet = que.Dequeue(); // 先頭の頂点をデキュー
+            res.Add(vet);               // 訪問した頂点を記録
+            foreach (Vertex adjVet in graph.adjList[vet]) {
+                if (visited.Contains(adjVet)) {
+                    continue;          // 訪問済みの頂点をスキップ
+                }
+                que.Enqueue(adjVet);   // 未訪問の頂点のみをキューに追加
+                visited.Add(adjVet);   // この頂点を訪問済みにする
+            }
+        }
+
+        // 頂点の走査順を返す
+        return res;
+    }
+
+    [Test]
+    public void Test() {
+        /* 無向グラフを初期化 */
+        Vertex[] v = Vertex.ValsToVets([0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]);
+        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 = new(edges);
+        Console.WriteLine("\n初期化後、グラフは");
+        graph.Print();
+
+        /* 幅優先探索 */
+        List<Vertex> res = GraphBFS(graph, v[0]);
+        Console.WriteLine("\n幅優先探索（BFS）の頂点順序は");
+        Console.WriteLine(string.Join(" ", Vertex.VetsToVals(res)));
+    }
+}

ja/codes/csharp/chapter_graph/graph_dfs.cs

@@ -0,0 +1,54 @@
+/**
+ * File: graph_dfs.cs
+ * Created Time: 2023-03-08
+ * Author: hpstory (hpstory1024@163.com)
+ */
+
+namespace hello_algo.chapter_graph;
+
+public class graph_dfs {
+    /* 深さ優先走査の補助関数 */
+    void DFS(GraphAdjList graph, HashSet<Vertex> visited, List<Vertex> res, Vertex vet) {
+        res.Add(vet);     // 訪問した頂点を記録
+        visited.Add(vet); // この頂点を訪問済みにする
+        // この頂点のすべての隣接頂点を走査
+        foreach (Vertex adjVet in graph.adjList[vet]) {
+            if (visited.Contains(adjVet)) {
+                continue; // 訪問済みの頂点をスキップ
+            }
+            // 隣接頂点を再帰的に訪問
+            DFS(graph, visited, res, adjVet);
+        }
+    }
+
+    /* 深さ優先探索 */
+    // グラフを隣接リストで表し、指定した頂点の隣接頂点をすべて取得できるようにする
+    List<Vertex> GraphDFS(GraphAdjList graph, Vertex startVet) {
+        // 頂点の走査順序
+        List<Vertex> res = [];
+        // 訪問済み頂点を記録するためのハッシュ集合
+        HashSet<Vertex> visited = [];
+        DFS(graph, visited, res, startVet);
+        return res;
+    }
+
+    [Test]
+    public void Test() {
+        /* 無向グラフを初期化 */
+        Vertex[] v = Vertex.ValsToVets([0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]);
+        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 = new(edges);
+        Console.WriteLine("\n初期化後、グラフは");
+        graph.Print();
+
+        /* 深さ優先探索 */
+        List<Vertex> res = GraphDFS(graph, v[0]);
+        Console.WriteLine("\n深さ優先探索（DFS）の頂点順序は");
+        Console.WriteLine(string.Join(" ", Vertex.VetsToVals(res)));
+    }
+}