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ja/codes/kotlin/chapter_graph/graph_adjacency_matrix.kt

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+/**
+ * File: graph_adjacency_matrix.kt
+ * Created Time: 2024-01-25
+ * Author: curtishd (1023632660@qq.com)
+ */
+
+package chapter_graph
+
+import utils.printMatrix
+
+/* 隣接行列に基づく無向グラフクラス */
+class GraphAdjMat(vertices: IntArray, edges: Array<IntArray>) {
+    val vertices = mutableListOf<Int>() // 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
+    val adjMat = mutableListOf<MutableList<Int>>() // 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 */
+    init {
+        // 頂点を追加
+        for (vertex in vertices) {
+            addVertex(vertex)
+        }
+        // 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
+        for (edge in edges) {
+            addEdge(edge[0], edge[1])
+        }
+    }
+
+    /* 頂点数を取得 */
+    fun size(): Int {
+        return vertices.size
+    }
+
+    /* 頂点を追加 */
+    fun addVertex(_val: Int) {
+        val 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
+        val newRow = mutableListOf<Int>()
+        for (j in 0..<n) {
+            newRow.add(0)
+        }
+        adjMat.add(newRow)
+        // 隣接行列に 1 列追加
+        for (row in adjMat) {
+            row.add(0)
+        }
+    }
+
+    /* 頂点を削除 */
+    fun removeVertex(index: Int) {
+        if (index >= size())
+            throw IndexOutOfBoundsException()
+        // 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
+        for (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
+    fun addEdge(i: Int, j: Int) {
+        // 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 IndexOutOfBoundsException()
+        // 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
+    fun removeEdge(i: Int, j: Int) {
+        // 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 IndexOutOfBoundsException()
+        adjMat[i][j] = 0
+        adjMat[j][i] = 0
+    }
+
+    /* 隣接行列を出力 */
+    fun print() {
+        print("頂点リスト = ")
+        println(vertices)
+        println("隣接行列 =")
+        printMatrix(adjMat)
+    }
+}
+
+/* Driver Code */
+fun main() {
+    /* 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
+    val vertices = intArrayOf(1, 3, 2, 5, 4)
+    val edges = arrayOf(
+        intArrayOf(0, 1),
+        intArrayOf(0, 3),
+        intArrayOf(1, 2),
+        intArrayOf(2, 3),
+        intArrayOf(2, 4),
+        intArrayOf(3, 4)
+    )
+    val graph = GraphAdjMat(vertices, edges)
+    println("\n初期化後のグラフは")
+    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)
+    println("\n辺 1-2 を追加した後のグラフは")
+    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)
+    println("\n辺 1-3 を削除した後のグラフは")
+    graph.print()
+
+    /* 頂点を追加 */
+    graph.addVertex(6)
+    println("\n頂点 6 を追加した後のグラフは")
+    graph.print()
+
+    /* 頂点を削除 */
+    // 頂点 3 のインデックスは 1
+    graph.removeVertex(1)
+    println("\n頂点 3 を削除した後のグラフは")
+    graph.print()
+}