type { Описания типов взять из P_58_1 }

var List : PNode; { список всех стран континента }

Que : PLink; { очередь присоединяемых узлов }

      { Функция поиска страны (узла графа) по имени страны }

function GetPtr(aName : char): PNode;

{ Взять из P_57_1 }

end;

      { Функция создает новую страну (узел) }

function MakeNode(aName : Char): PNode;

{ Взять из P_57_1 }

end;

      { Процедура установки связи узла p1 с узлом p2 }

procedure Link(p1, p2 : PNode);

{ Взять из P_57_1 }

end;

      { Процедура чтения графа из текстового файла }

procedure ReadData(var F: Text);

{ Взять из P_57_1 }

end;

      { Помещение указателя на узел в глобальную очередь Que }

procedure PutInQue(arg: PNode);

{ Взять из P_58_1 }

end;

      { Извлечение из очереди указателя на узел }

function GetFromQue(var arg: Pnode): boolean;

{ Взять из P_58_1 }

end;

      { Инициализация списка узлов перед "постройкой империи" }

procedure InitList;

{ Взять из P_58_1 }

end;

{ Процедура расширения (экспансии) "империи", начиная с заданного узла arg }

procedure Expand(arg : PNode);

{ Взять из P_58_1,

выделенные там операторы для трассировочной распечатки удалить }

end;

      { Функция для формирования пути от центра империи к заданному узлу }

function MakePath(arg : PNode): string;

var p : PNode;

S : string;

begin

S:= arg^.mName;       { имя конечного узла }

p:= arg^.mPrev;       { указатель на предыдущий узел }

while Assigned(p) do begin       { пока не достигли корня }

S:= p^.mName +' -> '+ S;       { добавляем к пути имя узла }

p:= p^.mPrev;       { переход к следующему узлу }

end;

MakePath:= S;

end;

var F_In {, F_Out} : Text; { входной и выходной файла }

      C1, C2 : Char;       { названия стран "откуда" и "куда" }

      Start, Stop : PNode; { узлы "откуда" и "куда" }

begin {--- Главная программа ---}

{ Инициализация списка узлов и очереди узлов }

List:= nil; Que:= nil;

Assign(F_In, 'P_57_1.in');

ReadData(F_In);       { чтение графа }

{ Цикл ввода названий стран }

repeat

Write('Откуда= '); Readln(C1);

C1:= UpCase(C1);

if not (C1 in ['A'..'Z']) then break;

Write('Куда = '); Readln(C2);

C2:= UpCase(C2);

if not (C2 in ['A'..'Z']) then break;

Start:= GetPtr(C1);       { начальный узел }

Stop:= GetPtr(C2);       { конечный узел }

if Assigned(Start) and Assigned(Stop) then begin

{ если такие страны существуют, }

      InitList;       { устанавливаем начальные значения в полях узлов }

      Expand(Start); { расширяем "империю" от узла Start }

      Writeln (Stop^.mDist:3, ’’:3, MakePath(Stop));

end;

until false

end.

И вот настал час испытаний, вводим данные и получаем это:

Откуда: E

Куда:       H

3 E -> F -> G -> H

Ура! Заработало! Сколько труда за этой короткой строчкой! Оправданы ли наши усилия? Конечно! Истина дорого даётся, но теперь мы не заблудимся даже в многотысячном графе!

Графы — это мощный инструмент для решения широкого круга инженерных задач. Их применяют при сортировке и поиске данных (здесь используют деревья), в расчетах электрических схем и потоков жидкостей, — всё не перечислить. Мы отщипнули лишь краешек этого каравая, вы можете узнать о графах больше по книгам [9] и [17] из списка рекомендуемой литературы.

Итоги

• Обход графа в ширину – это один из базовых алгоритмов обработки графов. На нём основано решение многих задач, в том числе – поиск кратчайшего пути между узлами.

• При решении задач на графах в его узлах размещают информацию, нужную для решения данной задачи. Иногда такую информацию размещают и в ребрах, для этого в структуру ребер вводят необходимые поля.

А слабо?

А) Изобразите граф, содержащий не менее 20 вершин, обозначьте вершины латинскими буквами и поищите в этом графе кратчайшие пути программой «P_58_2».

Б) Пусть узлы графа – это города, а ребра – дороги между ними. Расстояния между городами разные и они известны. Как отразить в структуре графа эти расстояния? Предложите что-нибудь.

В) Пусть расстояния между городами указаны в поле mDist записи TLink.

      TLink = record       { Тип список связей }

      mLink : PNode; { указатель на смежный узел }

      mDist : integer; { расстояние между городами }

      mNext : PLink; { указатель на следующую запись в списке }

      end;

Предложите формат входного файла, содержащего в числе прочего расстояния между городами.

Г) Пусть выбран следующий формат входного файла, содержащий расстояния между городами (приведена одна строка).

A C 20 E 40

Здесь первый символ, как и ранее, обозначает текущий узел. Затем перечисляются его соседи с указанием расстояний до них. Например, между узлами «A» и «C» 20 км, а между узлами «A» и «E» – 40 км. Напишите процедуру ввода графа из такого файла.

Д) Напишите программу для поиска кратчайшего пути с учетом расстояний между городами. Подсказка: измените процедуру обхода в ширину так, чтобы серый кандидат исследовал всех соседей (не только белых), проверяя в них поле расстояния mDist. Если путь к соседу через кандидата окажется короче того, что уже отмечен в соседе, то следует изменить как расстояние, так и обратную ссылку в соседе. Вдобавок если сосед не серый, он ставится в очередь.

Е) Предположим, что купцам интересны не расстояния между столицами, а размер пошлин, вносимых при пересечении границ. Эти пошлины зависят от пересекаемой границы (то есть от пары стран). Годится ли для этого случая рассмотренная выше модель с разными расстояниями между городами?

Ж) С некоторых пор купцы учредили свой ежегодный съезд – Континентальный Купеческий Конгресс, где обсуждали свои проблемы. Каждая страна отправляла на съезд по одному делегату, а расходы на пересечение границ (визы) оплачивались из общей кассы. Посчитайте эти расходы (1 пиастр за каждое пересечение), если известна страна проведения конгресса. Учтите, что купцы следовали на съезд кратчайшими маршрутами.

З) Напишите программу для определения страны, где можно провести съезд с наименьшими издержками (см. задачу Ж).

И) Решите задачи Ж и З для случая разной стоимости виз на границах.

Глава 59

Крупные проекты

Вы заметили, насколько разбухли наши программы? Если так пойдет и дальше, то скоро вам понадобятся инструменты, применяемые в крупных проектах.

О модулях и разделении труда

Пока я возился с новой программкой, мой холодильник опустел, а на кухне скопилась немытая посуда. Впрочем, это пустяки в сравнении с заботами наших предков – крестьян, что жили сотни лет назад. Смотрите: вот мужик в окружении десятка голодных ртов, а там ещё князь с дружиной. И всех накорми, одень, согрей. А делать все самому: пахать и сеять, избу рубить, ткать, шить и лапти плести. Эта морока называлась натуральным хозяйством.