我們在使用像QQ ，微信，微博，快手，抖音等社交軟件的過程中經常需要添加好友，關注好友和被好友關注。這個過程中 這樣的社交網絡中的好友關系就需要被存儲下來，存儲在各個公司的后臺服務器之上，都會作為每個公司的數據資產來進行自己核心業務的開發（視頻推薦、好友推薦。。。）

這個用來保存好友關系的數據結構就是 圖，接下來探索一下這個非線性數據結構的基本實現。

圖的一些基本概念如上導圖，已經描述的很清楚了，這里重點說的是圖的圖存儲方式。
基本的存儲方式有兩種：

• 鄰接矩陣
• 鄰接表

鄰接矩陣的底層依賴一個二維數組。對于無向圖來說，如果頂點i與頂點j之間有邊，我們就將A[i][j]和A[j][i]
標記為1;對于有向圖來說，如果頂點i到頂點j之間，有 一條箭頭從頂點i指向頂點j的邊，那我們就將A[i][j]標記為1。同理，如果有一條箭頭從頂點j指向頂點i的邊，我們就將A[j][i]標記為1。對于帶權圖，數組中就存儲 相應的權重。

用數組表示的底層數據結構能夠提供高效的查找能力，但是缺點也很明顯，就是浪費空間過于嚴重，針對無向圖的存儲中只需要保存一個A[i][j]即可。

鄰接表底層依賴鏈表進行數據存儲，能夠解決鄰接矩陣浪費空間嚴重的問題，鏈表只有添加了新節點才會分配空間。整體的實現有點像散列表。
對于無向圖來說，每一個頂點表示一個鏈表，與該頂點相連的其他頂點依次添加到該頂點的鏈表之上，類似如下：

有向圖也是類似的，鏈表上僅保存該頂點指向的頂點

鏈表本身的查找效率比較低，需要順鏈訪問，在鄰接表中可以將底層的鏈表存儲結構用更加高效的動態查找數據結構來代替（鏈表和紅黑樹）。

以上數據結構都是存放在內存中的，但是實際的線上環境社交關系數據量以TB級別進行存儲，這個時候數據量遠超內存，便需要有持久化能力，需要對圖的內存數據結構進行編碼。
以鄰接表距離，遍歷鄰接表，將頂點和對應鏈接頂點別編碼為(user_id, follower_id)，后續的關系依次追加。像常見的分布式圖存儲，大體也是類似的方式進行存儲，只不過底層磁盤的編碼格式更為復雜一點。可以類似與sst中的data_block,index block,footer 依次索引到datablock中，datablock保存實際的user_id和follower_id信息。

同時圖存儲 系統也希望將依賴于圖的眾多查找算法（bfs,dfs,djs,djkstra,A*,啟發式搜索等）下沉到存儲層，從而節省計算層的CPU開銷。這時候，一個高效的分布式圖存儲系統的雛形邊有了（只是單機的，分布式能力還是一大部分工作量），當然為用戶提供可以訪問的圖語言也是完善系統的一部分。

接下來簡單實現一下鄰接表和鄰接矩陣的圖存儲功能：

• 鄰接表
  graph_list.c

  #include <stdio.h>
  #include <stdlib.h>
  #include <string.h>typedef struct Graph_vertex vertex;typedef struct Graph_edge { // 邊struct Graph_vertex *v; // 該邊鏈接的頂點struct Graph_edge *next; // 用鏈表管理的鏈接同一頂點的下一條邊
  }edge;typedef struct Graph_vertex { // 頂點int data;   // 頂點的值edge *e; // 頂點的邊 鏈表管理的相連接的邊
  }vertex;#define MAX_GRAPH (1 << 8)
  typedef struct Graph{vertex *vxs[MAX_GRAPH];
  }graph;void init_graph(graph *g){int i = 0;for (;i < MAX_GRAPH; i++) {g->vxs[i] = NULL;}
  }/* 創建頂點 */
  vertex *create_vertex(int data) {if(data < 0) {return NULL;}vertex * v = NULL;v = (vertex *)malloc(sizeof(vertex));if(v == NULL) {return NULL;}v->data = data+1;v->e = NULL;return v;
  }/* 創建邊 */
  edge *create_edge(vertex *v){if(v == NULL) {return NULL;}edge *e;e = (edge *)malloc(sizeof(edge));if(e == NULL) {return NULL;}e->v = v;e->next = NULL;return e; 
  }/* 為頂點v1 插入邊 */
  void insert_edge(vertex *v1, vertex *v2) {if (v1 == NULL || v2 == NULL) {return;}edge **e;e = &v1->e;while(*e) {e = &(*e)->next;}*e = create_edge(v2);
  }/* 打印鄰接表 */
  void dump_graph(graph *g) {int i;for(i = 0;i < MAX_GRAPH; ++i) {vertex *v = g->vxs[i];edge *e;if(v == NULL) {continue; }printf("Vertex[%d]:%2d->",i+1, v->data);e = v->e;while(e) {if(e->next != NULL) {printf("%2d->", e->v->data);}else {printf("%2d", e->v->data);}e = e->next; }printf("\n");}
  }/* 1 ----- 2 ----- 3|     / |     /|    /  |    / |   /   |   /  |  /    |  /   | /     | /    4 ----- 5
  */
  void create_graph(graph *g) {int i = 0;init_graph(g);for (;i < 5; ++i) {g->vxs[i] = create_vertex(i);}// 鏈接1--2, 1--4insert_edge(g->vxs[0],g->vxs[1]);insert_edge(g->vxs[0],g->vxs[3]);// 鏈接2--1,2--3,2--4,2--5insert_edge(g->vxs[1],g->vxs[0]);insert_edge(g->vxs[1],g->vxs[2]);insert_edge(g->vxs[1],g->vxs[3]);insert_edge(g->vxs[1],g->vxs[4]);// 鏈接3--2,3--5insert_edge(g->vxs[2],g->vxs[2]);insert_edge(g->vxs[2],g->vxs[4]);// 鏈接4--1,4--2,4--5insert_edge(g->vxs[3],g->vxs[0]);insert_edge(g->vxs[3],g->vxs[1]);insert_edge(g->vxs[3],g->vxs[5]);// 鏈接5--2,5--3,5--4insert_edge(g->vxs[4],g->vxs[1]);insert_edge(g->vxs[4],g->vxs[2]);insert_edge(g->vxs[4],g->vxs[3]);
  }int main() {graph g;create_graph(&g);dump_graph(&g);return 0;
  }
  

• 鄰接矩陣
  graph_matrix.c

  #include <stdio.h>
  #include <stdlib.h>
  #include <string.h>#define MAX_GRAPH (1 << 8)int *graph[MAX_GRAPH];void init_graph(int size) {if (size > MAX_GRAPH) {return ;}int i = 0;int j = 0;for (; i < size; ++i) {graph[i] = (int*)malloc(size*sizeof(int));for (;j < size; ++j){graph[i][j] = 0;}}
  }void add_edge(int v1, int v2) {graph[v1][v2] = 1;graph[v2][v1] = 1;
  }void print_graph(int size) {int i = 0;int j = 0;for (; i < size; ++i) {for (; j < size; ++j)  {printf("%d ", graph[i][j]);}printf("\n");}
  }/* 1 ----- 2 ----- 3|     / |     /|    /  |    / |   /   |   /  |  /    |  /   | /     | /    4 ----- 5
  */
  void create_graph(int size) {init_graph(size);add_edge(0,1);add_edge(0,3);add_edge(1,0);add_edge(1,2);add_edge(1,3);add_edge(1,4);add_edge(2,1);add_edge(2,4);add_edge(3,0);add_edge(3,1);add_edge(3,4);add_edge(4,1);add_edge(4,2);add_edge(4,3);
  }int main() {create_graph(6);print_graph(6);return 0;
  }
  

總結

以上是生活随笔為你收集整理的数据结构 -- 图与图存储的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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