Estructura de datos en python (Grafos)

Posted on dom 12 marzo 2017 in Tutorial Python • 3 min read

Continuando con la serie de artículos sobre estructuras de datos en python. En este caso se tocará el tema de grafos con dos ejemplos, uno con listas y otro con matrices.

Los artículos anteriores son:

Este artículo se basa en los códigos en github Grafos con listas adyacentes y Grafos con matriz adyacente y del vídeo en youtube Grafos en Python.

De ejemplo de grafo se usará un modelo de procesos de colas, a continuación la imagen:

A continuación el código manejando el grafo como una lista:

#!/usr/bin/env python

class Vertice(object):

 def __init__(self, n):

  #Se define el nombre del vertice y la lista de vecinos

  self.nombre = n

  self.vecinos = list()



 def agregarVecino(self, v):

  if v not in self.vecinos:

   self.vecinos.append(v)

   self.vecinos.sort()


class Grafo(object):

 #Se crea un diccionario de vertices.

 vertices = {}



 def agregarVertice(self, vertice):

  #Se pregunta si vertice es una instancia de Vertice y si el nombre no esta en la lista de vertices.

  #Si se cumple se agrega el vertice al diccionario de vertices.

  if isinstance(vertice, Vertice) and vertice.nombre not in self.vertices:

   self.vertices[vertice.nombre] = vertice

   return True

  else:

   return False



 def agregarBorde(self, u, v):

  #Si u y v estan en vertices. se agregan como vecinos.

  if u in self.vertices and v in self.vertices:

   self.vertices[u].agregarVecino(v)

   self.vertices[v].agregarVecino(u)

   return True

  else:

   return False



 def printGrafo(self):

  #Se muestra el grafo.

  for key in sorted(list(self.vertices.keys())):

   print(key + str(self.vertices[key].vecinos))



if __name__ == '__main__':

 g = Grafo()

 cinco = Vertice('5')

 tres = Vertice('3')

 cuatro = Vertice('4')

 uno = Vertice('1')

 dos = Vertice('2')

 for i in range(ord('1'), ord('6')):

  g.agregarVertice(Vertice(chr(i)))



 bordes = ['53','54','31','35','41','42','45','12','13','14','21','24']

 for borde in bordes:

  g.agregarBorde(borde[:1],borde[1:])



 g.printGrafo()

Al ejecutar el script se tiene:

python grafo-listas.py
1['2', '3', '4']
2['1', '4']
3['1', '5']
4['1', '2', '5']
5['3', '4']

Como se ve, los vertices relacionados, el 1 se conecta con 2,3 y 4, el 2 con 1 y 4, el 3 con 1 y 5, el 4 con 1,2 y 5; y el 5 con 3 y 4.

El siguiente código muestra otra manera de crear el grafo, en este caso se puede manejar el peso de los bordes (aunque no se usa en el ejemplo). A continuación el código:

#!/usr/bin/env python3



#Se importa nuevas caracteristicas de print

from __future__ import print_function





#Se crea la clace vertice que solo tiene como argumento su nombre.

class Vertice(object):

 def __init__(self, n):

  self.nombre = n





#Se crea la clase grafo con vertices e indices de bordes como diccionarios

#y bordes como una lista.

class Grafo(object):

 vertices = {}

 bordes = []

 indices_bordes = {}





 def agregarVertice(self,vertice):

  #Si vertice es una instancia de su clase y su nombre no esta en el 

  #diccionario de vertices se agrega.

  if isinstance(vertice, Vertice) and vertice.nombre not in self.vertices:

   self.vertices[vertice.nombre] = vertice

   #Se recorre los bordes y se agregan.

   for fila in self.bordes:

    fila.append(0)

   self.bordes.append([0] * (len(self.bordes)+1))

   self.indices_bordes[vertice.nombre] = len(self.indices_bordes)

   return True

  else:

   return False



 def agregarBorde(self,u,v, peso=1):

  #Se agrega el borde.

  if u in self.vertices and v in self.vertices:

   self.bordes[self.indices_bordes[u]][self.indices_bordes[v]] = peso

   self.bordes[self.indices_bordes[v]][self.indices_bordes[u]] = peso

   return True

  else:

   return False





 def printGrafo(self):

  #Se muestra el grafo

  for v, i in sorted(self.indices_bordes.items()):

   print(v + ' ', end='')

   for j in range(len(self.bordes)):

    print(self.bordes[i][j], end='')

   print(' ')    





if __name__ == '__main__':

 g = Grafo()

 cinco = Vertice('5')

 tres = Vertice('3')

 cuatro = Vertice('4')

 uno = Vertice('1')

 dos = Vertice('2')

 for i in range(ord('1'), ord('6')):

  g.agregarVertice(Vertice(chr(i)))



 bordes = ['53','54','31','35','41','42','45','12','13','14','21','24']

 for borde in bordes:

  g.agregarBorde(borde[:1],borde[1:])



 g.printGrafo()

Al ejecutar el script se tiene lo siguiente:

python grafo-matrix-adyacente.py 
1 01110 
2 10010 
3 10001 
4 11001 
5 00110 

Como en el caso anterior, el vertice 1 se conecta con 2,3 y 4, el vertice 2 se conecta con 1 y 4, el vertice 3 conecta a 1 y 5, el vertice 4 conecta a 1,2 y 5; y el vertice 5 conecta con 3 y 4.

Se tienen dos formas de representar un grafo, puede usar el que prefiera, dependiendo de la complejidad, si se necesita manejar pesos, la opción es el de la matriz.

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