import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

/**
 * @Auther: Arsenal
 * @Date: 2020-03-28 10:35
 * @Description: 图
 */
public class Graph {

    private List<String> vertexs; //顶点
    private int[][] edges; //存储图对应的邻接矩阵
    private int numOfEdge;// 边的数量
    private boolean[] isVisited; //记录节点是否被访问过

    public static void main(String[] args) {
        Graph graph = new Graph(5);
        String[] vertexStr = {"A", "B", "C", "D", "E"};
        for (String vertex : vertexStr) {
            graph.insertVertex(vertex);
        }

        //添加边
        //A-B A-C B-C B-D B-E
        graph.insertEdge(0, 1, 1);
        graph.insertEdge(0, 2, 1);
        graph.insertEdge(1, 2, 1);
        graph.insertEdge(1, 3, 1);
        graph.insertEdge(1, 4, 1);

        graph.showGraph();

        //测试一把，我们的dfs遍历是否ok
        System.out.println("深度遍历");
        graph.dfs(); // A->B->C->D->E [1->2->4->8->5->3->6->7]
		System.out.println();
        System.out.println("广度优先!");
        graph.bfs(); // A->B->C->D-E [1->2->3->4->5->6->7->8]

    }

    /**
     * 构造器
     * @param vertexNum 顶点数量
     */
    public Graph(int vertexNum) {
        vertexs = new ArrayList<>(vertexNum);
        edges = new int[vertexNum][vertexNum];
        //isVisited = new boolean[vertexNum];
        numOfEdge = 0;
    }

    /**
     * 插入顶点
     * @param vertex 顶点
     */
    public void insertVertex(String vertex) {
        vertexs.add(vertex);
    }

    /**
     * 插入边
     * @param index1 边的下标1
     * @param index2 边的下标2
     * @param weight 权值
     */
    public void insertEdge(int index1, int index2, int weight) {
        edges[index1][index2] = weight;
        edges[index2][index1] = weight;
        numOfEdge++;
    }

    /**
     * 获得顶点个数
     * @return 返回顶点个数
     */
    public int getNumOfVertex() {
        return vertexs.size();
    }

    /**
     * 获得边的数量
     * @return 返回边的数量
     */
    public int getNumOfEdge() {
        return numOfEdge;
    }

    /**
     * 获得对应下标的数据
     * @param index 下标
     * @return 数据 0->"A",1->"B"
     */
    public String getVertexValueByIndex(int index) {
        return vertexs.get(index);
    }

    /**
     * 获得对应下标的权值
     * @param index1 下标1
     * @param index2 下标2
     * @return
     */
    public int getWeight(int index1, int index2) {
        return edges[index1][index2];
    }

    /**
     * 显示图
     */
    public void showGraph() {
        for (int[] link : edges) {
            System.out.println(Arrays.toString(link));
        }
    }

    //得到第一个邻接结点的下标 w
    /**
     *
     * @param index
     * @return 如果存在就返回对应的下标，否则返回-1
     */
    public int getFirstNeighbor(int index) {
        for(int j = 0; j < vertexs.size(); j++) {
            if(edges[index][j] > 0) {
                return j;
            }
        }
        return -1;
    }
    //根据前一个邻接结点的下标来获取下一个邻接结点
    public int getNextNeighbor(int v1, int v2) {
        for(int j = v2 + 1; j < vertexs.size(); j++) {
            if(edges[v1][j] > 0) {
                return j;
            }
        }
        return -1;
    }

    //深度优先遍历算法
    //i 第一次就是 0
    private void dfs(boolean[] isVisited, int i) {
        //首先我们访问该结点,输出
        System.out.print(getVertexValueByIndex(i) + "->");
        //将结点设置为已经访问
        isVisited[i] = true;
        //查找结点i的第一个邻接结点w
        int w = getFirstNeighbor(i);
        while(w != -1) {//说明有
            if(!isVisited[w]) {
                dfs(isVisited, w);
            }
            //如果w结点已经被访问过
            w = getNextNeighbor(i, w);
        }

    }

    //对dfs 进行一个重载, 遍历我们所有的结点，并进行 dfs
    public void dfs() {
        isVisited = new boolean[vertexs.size()];
        //遍历所有的结点，进行dfs[回溯]
        for(int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++) {
            if(!isVisited[i]) {
                dfs(isVisited, i);
            }
        }
    }

    //对一个结点进行广度优先遍历的方法
    private void bfs(boolean[] isVisited, int i) {
        int u ; // 表示队列的头结点对应下标
        int w ; // 邻接结点w
        //队列，记录结点访问的顺序
        LinkedList queue = new LinkedList();
        //访问结点，输出结点信息
        System.out.print(getVertexValueByIndex(i) + "=>");
        //标记为已访问
        isVisited[i] = true;
        //将结点加入队列
        queue.addLast(i);

        while( !queue.isEmpty()) {
            //取出队列的头结点下标
            u = (Integer)queue.removeFirst();
            //得到第一个邻接结点的下标 w
            w = getFirstNeighbor(u);
            while(w != -1) {//找到
                //是否访问过
                if(!isVisited[w]) {
                    System.out.print(getVertexValueByIndex(w) + "=>");
                    //标记已经访问
                    isVisited[w] = true;
                    //入队
                    queue.addLast(w);
                }
                //以u为前驱点，找w后面的下一个邻结点
                w = getNextNeighbor(u, w); //体现出我们的广度优先
            }
        }

    }

    //遍历所有的结点，都进行广度优先搜索
    public void bfs() {
        isVisited = new boolean[vertexs.size()];
        for(int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++) {
            if(!isVisited[i]) {
                bfs(isVisited, i);
            }
        }
    }

}