Initial commit

2021-01-15 13:08:53 +01:00
commit fe59c35d59
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--- a/Graph.java
+++ b/Graph.java
@@ -0,0 +1,312 @@
+/**
+ * <p>
+ * Materialien zu den zentralen NRW-Abiturpruefungen im Fach Informatik ab 2018
+ * </p>
+ * <p>
+ * Klasse Graph
+ * </p>
+ * <p>
+ * Die Klasse Graph stellt einen ungerichteten, kantengewichteten Graphen dar. Es koennen 
+ * Knoten- und Kantenobjekte hinzugefuegt und entfernt, flache Kopien der Knoten- und Kantenlisten 
+ * des Graphen angefragt und Markierungen von Knoten und Kanten gesetzt und ueberprueft werden.
+ * Des Weiteren kann eine Liste der Nachbarn eines bestimmten Knoten, eine Liste der inzidenten 
+ * Kanten eines bestimmten Knoten und die Kante von einem bestimmten Knoten zu einem 
+ * anderen bestimmten Knoten angefragt werden. Abgesehen davon kann abgefragt werden, welches 
+ * Knotenobjekt zu einer bestimmten ID gehoert und ob der Graph leer ist.
+ * </p>
+ * 
+ * @author Qualitaets- und UnterstuetzungsAgentur - Landesinstitut fuer Schule
+ * @version Oktober 2015
+ */
+public class Graph{
+  private List<Vertex> vertices;
+  private List<Edge> edges;
+
+  /**
+   * Ein Objekt vom Typ Graph wird erstellt. Der von diesem Objekt 
+   * repraesentierte Graph ist leer.
+   */
+  public Graph(){
+    //Leere Listen fuer Knoten und Kanten erstellen.
+    vertices = new List<Vertex>();
+    edges = new List<Edge>();
+  }
+
+  /**
+   * Die Anfrage liefert eine neue Liste aller Knotenobjekte vom Typ List<Vertex>.
+   */
+  public List<Vertex> getVertices(){
+    //Eine neue Liste mit allen Vertex-Objekten erstellen.
+    List<Vertex> result = new List<Vertex>();
+    vertices.toFirst();
+    while (vertices.hasAccess()){
+      result.append(vertices.getContent());
+      vertices.next();
+    }
+    //Aktuelles Element zum Anfang bewegen.
+    result.toFirst();
+
+    return result;
+  }
+
+  /**
+   * Die Anfrage liefert eine neue Liste aller Kantenobjekte vom Typ List<Edge>.
+   */
+  public List<Edge> getEdges(){
+    //Eine neue Liste mit allen Edge-Objekten erstellen.
+    List<Edge> result = new List<Edge>();
+    edges.toFirst();
+    while (edges.hasAccess()){
+      result.append(edges.getContent());
+      edges.next();
+    }
+    //Aktuelles Element zum Anfang bewegen.
+    result.toFirst();
+
+    return result;
+  }
+
+  /**
+   * Die Anfrage liefert das Knotenobjekt mit pID als ID. Ist ein solchen Knotenobjekt nicht im Graphen enthalten,
+   * wird null zurueckgeliefert.
+   */
+  public Vertex getVertex(String pID){
+    //Vertex-Objekt mit pID als ID suchen.
+    Vertex result = null;
+    vertices.toFirst();
+    while (vertices.hasAccess() && result == null){
+      if (vertices.getContent().getID().equals(pID)){
+        result = vertices.getContent();
+      }
+      vertices.next();
+    }
+
+    //Objekt zurueckliefern.
+    return result;
+  }
+
+  /**
+   * Der Auftrag fuegt den Knoten pVertex in den Graphen ein, sofern es noch keinen
+   * Knoten mit demselben ID-Eintrag wie pVertex im Graphen gibt und pVertex eine ID ungleich null hat. 
+   * Ansonsten passiert nichts.
+   */
+  public void addVertex(Vertex pVertex){
+    //Pruefen, ob der Vertex existiert und eine ID hat.
+    if (pVertex != null && pVertex.getID() != null) {
+      //Pruefen, ob nicht schon ein Vertex mit gleicher ID enthalten ist.
+      boolean freeID = true;
+      vertices.toFirst();
+      while (vertices.hasAccess() && freeID){
+        if (vertices.getContent().getID().equals(pVertex.getID())){
+          freeID = false;
+        }
+        vertices.next();
+      }
+
+      //Wenn die ID noch frei ist, den Vertex einfuegen, sonst nichts tun.
+      if (freeID) {
+        vertices.append(pVertex);      
+      }
+    }
+  }
+
+  /**
+   * Der Auftrag fuegt die Kante pEdge in den Graphen ein, sofern beide durch die Kante verbundenen Knoten
+   * im Graphen enthalten sind, nicht identisch sind und noch keine Kante zwischen den Knoten existiert. Ansonsten passiert nichts.
+   */
+  public void addEdge(Edge pEdge){ 
+    //Pruefen, ob pEdge exisitert.
+    if (pEdge != null){  
+      Vertex[] vertexPair = pEdge.getVertices();
+      
+      //Einfuegekriterien pruefen.
+      if (vertexPair[0] != null && vertexPair[1] != null && 
+      this.getVertex(vertexPair[0].getID()) == vertexPair[0] && 
+      this.getVertex(vertexPair[1].getID()) == vertexPair[1] &&
+      this.getEdge(vertexPair[0], vertexPair[1]) == null && 
+      vertexPair[0] != vertexPair[1]){
+        //Kante einfuegen.
+        edges.append(pEdge); 
+      }
+    }
+  }
+
+  /**
+   * Der Auftrag entfernt den Knoten pVertex aus dem Graphen und loescht alle Kanten, die mit ihm inzident sind.
+   * Ist der Knoten pVertex nicht im Graphen enthalten, passiert nichts.
+   */
+  public void removeVertex(Vertex pVertex){
+    //Inzidente Kanten entfernen.
+    edges.toFirst();
+    while (edges.hasAccess()){
+      Vertex[] akt = edges.getContent().getVertices();
+      if (akt[0] == pVertex || akt[1] == pVertex){
+        edges.remove();
+      } else {
+        edges.next();
+      }
+    }
+
+    //Knoten entfernen
+    vertices.toFirst();
+    while (vertices.hasAccess() && vertices.getContent()!= pVertex){
+      vertices.next();
+    }
+    if (vertices.hasAccess()){
+      vertices.remove();
+    }
+  }
+
+  /**
+   * Der Auftrag entfernt die Kante pEdge aus dem Graphen. Ist die Kante pEdge nicht 
+   * im Graphen enthalten, passiert nichts.
+   */
+  public void removeEdge(Edge pEdge){
+    //Kante aus Kantenliste des Graphen entfernen.
+    edges.toFirst();
+    while (edges.hasAccess()){
+      if (edges.getContent() == pEdge){
+        edges.remove();
+      } else {
+        edges.next();
+      }
+    }
+  }
+
+  /**
+   * Der Auftrag setzt die Markierungen aller Knoten des Graphen auf pMark.
+   */
+  public void setAllVertexMarks(boolean pMark){
+    vertices.toFirst();
+    while (vertices.hasAccess()){
+      vertices.getContent().setMark(pMark);
+      vertices.next();
+    }
+  }
+
+  /**
+   * Der Auftrag setzt die Markierungen aller Kanten des Graphen auf pMark.
+   */
+  public void setAllEdgeMarks(boolean pMark){
+    edges.toFirst();
+    while (edges.hasAccess()){
+      edges.getContent().setMark(pMark);
+      edges.next();
+    }
+  }
+
+  /**
+   * Die Anfrage liefert true, wenn alle Knoten des Graphen mit true markiert sind, ansonsten false.
+   */
+  public boolean allVerticesMarked(){
+    boolean result = true;
+    vertices.toFirst();
+    while (vertices.hasAccess()){
+      if (!vertices.getContent().isMarked()){
+        result = false;
+      }
+      vertices.next();
+    }
+    return result;
+  }
+
+  /**
+   * Die Anfrage liefert true, wenn alle Kanten des Graphen mit true markiert sind, ansonsten false.
+   */
+  public boolean allEdgesMarked(){
+    boolean result = true;
+    edges.toFirst();
+    while (edges.hasAccess()){
+      if (!edges.getContent().isMarked()){
+        result = false;
+      }
+      edges.next();
+    }
+    return result;
+  }
+
+  /**
+   * Die Anfrage liefert alle Nachbarn des Knotens pVertex als neue Liste vom Typ List<Vertex>. Hat der Knoten
+   * pVertex keine Nachbarn in diesem Graphen oder ist gar nicht in diesem Graphen enthalten, so 
+   * wird eine leere Liste zurueckgeliefert.
+   */
+  public List<Vertex> getNeighbours(Vertex pVertex){
+    List<Vertex> result = new List<Vertex>();
+    
+    //Alle Kanten durchlaufen.
+    edges.toFirst();
+    while (edges.hasAccess()){
+      
+      //Wenn ein Knoten der Kante pVertex ist, den anderen als Nachbarn in die Ergebnisliste einfuegen.
+      Vertex[] vertexPair = edges.getContent().getVertices();
+      if (vertexPair[0] == pVertex) {
+        result.append(vertexPair[1]);
+      } else { 
+        if (vertexPair[1] == pVertex){
+          result.append(vertexPair[0]);
+        }
+      }
+      edges.next();
+    }    
+    return result;
+  }
+
+  /**
+   * Die Anfrage liefert eine neue Liste alle inzidenten Kanten zum Knoten pVertex. Hat der Knoten
+   * pVertex keine inzidenten Kanten in diesem Graphen oder ist gar nicht in diesem Graphen enthalten, so 
+   * wird eine leere Liste zurueckgeliefert.
+   */
+  public List<Edge> getEdges(Vertex pVertex){
+    List<Edge> result = new List<Edge>();
+    
+    //Alle Kanten durchlaufen.
+    edges.toFirst();
+    while (edges.hasAccess()){
+      
+      //Wenn ein Knoten der Kante pVertex ist, dann Kante als inzidente Kante in die Ergebnisliste einfuegen.
+      Vertex[] vertexPair = edges.getContent().getVertices();
+      if (vertexPair[0] == pVertex) {
+        result.append(edges.getContent());
+      } else{ 
+        if (vertexPair[1] == pVertex){
+          result.append(edges.getContent());
+        }
+      }
+      edges.next();
+    }    
+    return result;
+  }
+
+  /**
+   * Die Anfrage liefert die Kante, welche die Knoten pVertex und pAnotherVertex verbindet, 
+   * als Objekt vom Typ Edge. Ist der Knoten pVertex oder der Knoten pAnotherVertex nicht 
+   * im Graphen enthalten oder gibt es keine Kante, die beide Knoten verbindet, so wird null 
+   * zurueckgeliefert.
+   */
+  public Edge getEdge(Vertex pVertex, Vertex pAnotherVertex){
+    Edge result = null;
+    
+    //Kanten durchsuchen, solange keine passende gefunden wurde.
+    edges.toFirst();
+    while (edges.hasAccess() && result == null){
+      
+      //Pruefen, ob die Kante pVertex und pAnotherVertex verbindet.
+      Vertex[] vertexPair = edges.getContent().getVertices();
+      if ((vertexPair[0] == pVertex && vertexPair[1] == pAnotherVertex) ||
+      (vertexPair[0] == pAnotherVertex && vertexPair[1] == pVertex)) {
+        //Kante als Ergebnis merken.
+        result = edges.getContent();
+      } 
+      edges.next();
+    }    
+    return result;
+  }
+
+  /**
+   * Die Anfrage liefert true, wenn der Graph keine Knoten enthaelt, ansonsten false.
+   */
+  public boolean isEmpty(){
+    return vertices.isEmpty();
+  } 
+
+}