Приложение а. Код программы

import igraph as ig import pandas as pd import sys import time pd.set_option('display.max_columns', None) # Выводим все столбцы pd.set_option('display.width', 1000) # Устанавливаем ширину # Построение списка рёбер по матрице смежности def get_list_edges_by_adjacency_matrix(adj_mat, peaks=[], view=True): test = adjacency_matrix_check(adj_mat) if test != 1: return test # Проверка матрицы смежности if not peaks: peaks = [str(i) for i in range(len(adj_mat))] # Создание списка рёбер графа list_edges = [] for row in range(len(adj_mat)): for col in range(len(adj_mat[row])): if adj_mat[row][col] != 0: if view: list_edges.append((((row, peaks[row]), (col, peaks[col])), adj_mat[row][col])) else: list_edges.append(str(peaks[row]) + ' -> ' + str(peaks[col]) + ': ' + str( adj_mat[row][col])) # Другое представление рёбер return list_edges # Проверка ввода матрицы смежности def adjacency_matrix_check(adj_mat): if len(adj_mat) ** 2 != sum([len(row) for row in adj_mat]): return 'Ошибка: !Кол-во строк и столбцов матрицы смежности не равно!' return True # Рисует график по МАТРИЦЕ СМЕЖНОСТИ def view_graph(adj_mat, peaks, curved_value=False): g = ig.Graph(directed=True) # создание ориентированного графа g.add_vertices(len(peaks)) # добавление вершин графа # добавление идентификаторов и меток к вершинам for i in range(len(g.vs)): g.vs[i]["id"] = i g.vs[i]["label"] = peaks[i] # получаем список рёбер и их веса list_edges = get_list_edges_by_adjacency_matrix(adj_mat, peaks) # задаем рёбра g.add_edges([(edge[0][0][0], edge[0][1][0]) for edge in list_edges]) # задаем веса рёбер weights = [edge[1] for edge in list_edges] g.es['label'] = weights g.es['edge_width'] = weights g.es["curved"] = curved_value # построение графика ig.plot(g, target='my_graph.png', bbox=(350, 350), margin=30, vertex_label_size=10, vertex_size=55, vertex_color='white') return 1 # представление графа в виде МАССИВА ЗАПИСЕЙ def get_array_of_graph_information(adj_mat, peaks): info = [] for row in range(len(adj_mat)): # находим по матрице смежности № и веса вершин детей, родителей и соседей children = [(i, adj_mat[row][i]) for i in range(len(adj_mat[row])) if adj_mat[row][i] != 0] parents = [(i, adj_mat[i][row]) for i in range(len(adj_mat)) if adj_mat[i][row] != 0] neighbours = tuple(set(children + parents)) # находим необходимые значения по полученным спискам вершин info.append([ row, peaks[row], *tuple(len(i) for i in [children, parents, neighbours]), *tuple(tuple([j[0] for j in i]) for i in [children, parents, neighbours]), *tuple(tuple([j[1] for j in i]) for i in [children, parents, neighbours]) ]) col_name = [ '№ вершины', 'Подпись вершины', 'Кол-во детей', 'Кол-во родителей', 'Кол-во соседей', '№ вершин детей', '№ вершин родителей', '№ вершин соседей', 'Веса исходящих', 'Веса входящих', 'Веса инцидентных ребер' ] g_info = pd.DataFrame(info, columns=col_name) return g_info def search_in_views(adj_mat, peaks, l_edg=[], g_info=[]): while 1: num = input('''\nВыберете представление для поиска: 1 - матрица смежности; 2 - список ребер; 3 - массив записей; W - Выход. Введите номер: ''') if num.upper() == '1': print('\n', pd.DataFrame(adj_mat, columns=peaks, index=peaks), sep='\n') search_in_views_by_adj_mat(adj_mat, peaks) elif num.upper() == '2': if l_edg == [] or isinstance(l_edg[0], str): l_edg = get_list_edges_by_adjacency_matrix(adj_mat, peaks) print('\n', *l_edg, sep='\n') search_in_views_by_list_edges(l_edg, peaks) elif num.upper() == '3': if g_info == []: g_info = get_array_of_graph_information(adj_mat, peaks) print('\n', g_info) search_in_views_by_graph_mat(g_info, peaks) elif num.upper() == 'W': break else: print('\n!Команда не найдена! Повторите ввод.') return -2 # Запрос номера вопроса def get_question_number(): while 1: question = input('''\nНайти: 1 - всех соседей заданной вершины графа; 2 - ответ, образует ли заданная последовательность вершин цепь; 3 - номера вершин, сумма весов инцидентных ребер которых больше заданной величины; 4 - количество ребер в графе; W - Выход. Введите номер: ''') if question.isdigit(): question = int(question) if question in range(1, 5): return question else: print('\n!Указан не существующий номер вопроса! Повторите ввод.') elif question.upper() == 'W': return -1 else: print('\n!Команда не найдена! Повторите ввод.') # Запрос и проверка корректности ввода вершины для поиска def get_peaks_for_search(peaks): peaks_up = [i.upper() for i in peaks] while 1: top = input('\nЗадайте вершину для поиска соседей:\n\t- из списка: (' + ', '.join(str(i) for i in peaks) + ')\n\t- по номеру: от 0 до ' + str(len(peaks) - 1) + '\n\t- W для выхода' + '\nВведите вершину: ').upper() if top in peaks_up: top = peaks_up.index(top) break if top.isdigit(): top = int(top) if top in range(len(peaks)): break else: print('\n!Вершины с указанным номером не существует! Повторите ввод.') elif top == 'W': return -1 else: print('\n!Вершины с указанным названием не существует! Повторите ввод.') return top # Запрос списка вершин графа def get_peaks_for_chain(peaks): while 1: chain_peaks = input('\nЗадайте список вершин (по номерам от 0 до ' + str(len(peaks) - 1) + ' через пробел) для проверки, образует ли заданная последовательность вершин цепь.' + '\n\t- W для выхода' + '\nВведите вершины: ').split() if all(map(lambda x: x.isdigit(), chain_peaks)): chain_peaks = list(map(int, chain_peaks)) if set(chain_peaks).issubset(range(len(peaks))): break elif chain_peaks[0].upper() == 'W': return -1 print('\n!Указаны не существующие номера вершин! Повторите ввод.') return chain_peaks # Запрос и проверка корректности ввода вершины для поиска def get_value_for_search(): while 1: value = input('\nЗадайте значение для сравнения: ').upper() if value.isdigit(): return int(value) elif value == 'W': return -1 else: print('\n!Введено неверное значение! Повторите ввод.') # Возвращает соседей указанной вершины по заданной МАТРИЦЕ СМЕЖНОСТИ def get_neighbours_by_adj_mat(adj_mat, peaks, top): children = [(i, peaks[i]) for i in range(len(adj_mat)) if adj_mat[top][i] != 0] parents = [(i, peaks[i]) for i in range(len(adj_mat)) if adj_mat[i][top] != 0] return tuple(set(children + parents)) # Возвращает соседей указанной вершины по заданному СПИСКУ РЕБЕР def get_neighbours_by_l_edg(top, l_edg): return tuple(set(i[0][1] if i[0][0][0] == top else i[0][0] for i in l_edg if i[0][0][0] == top or i[0][1][0] == top)) # Возвращает соседей указанной вершины по заданному МАССИВУ ЗАПИСЕЙ def get_neighbours_by_graph_info(top, g_info, peaks): return tuple((i, peaks[i]) for i in g_info['№ вершин соседей'][top]) # Проверка вершин на цепь в представлении графа МАТРИЦА СМЕЖНОСТИ def get_chain_answer_by_adj_mat(adj, peaks_num): if len(peaks_num) == 1: return True for i in range(1, len(peaks_num)): if adj[peaks_num[i-1]][peaks_num[i]] == 0: return False return True # Проверка вершин на цепь в представлении графа СПИСОК РЕБЕР def get_chain_answer_by_l_edg(l_edg, peaks_num): if len(peaks_num) == 1: return True temp_l_edg = [[j[0][1][0] for j in l_edg if j[0][0][0] == i] for i in peaks_num] for i in range(1, len(peaks_num)): if peaks_num[i] not in temp_l_edg[i-1]: return False return True # Проверка вершин на цепь в МАССИВ ЗАПИСЕЙ def get_chain_answer_by_graph_info(g_info, peaks_num): if len(peaks_num) == 1: return True for i in range(1, len(peaks_num)): if peaks_num[i] not in g_info['№ вершин детей'][peaks_num[i-1]]: return False return True # Номера вершин, сумма весов инцидентных ребер которых больше заданной величины в представлении графа МАТРИЦА СМЕЖНОСТИ def get_peaks_weight_more_value_by_adj_mat(adj_mat, value): return [i for i in range(len(adj_mat)) if sum([col for col in adj_mat[i]] + [row[i] for row in adj_mat]) > value] # Номера вершин, сумма весов инцидентных ребер которых больше заданной величины в представлении графа СПИСКОТ РЕБЕР def get_peaks_weight_more_value_by_l_edg(peaks, l_edg, value): return [i for i in range(len(peaks)) if sum([j[1] for j in l_edg if j[0][0][0] == i or j[0][1][0] == i]) > value] # номера вершин, сумма весов инцидентных ребер которых больше заданной величины в представлении графа МАССИВ ЗАПИСЕЙ def get_peaks_weight_more_value_by_graph_info(peaks, g_info, value): return [i for i in range(len(peaks)) if sum(g_info['Веса инцидентных ребер'][i]) > value] # Определение количества ребер в представлении графа МАТРИЦА СМЕЖНОСТИ def get_edge_count_by_adj_mat(adj_mat): return sum([sum([1 for j in i if j != 0]) for i in adj_mat]) # Определение количества ребер в представлении графа СПИСКОТ РЕБЕР def get_edge_count_by_l_edg(l_edg): return len(l_edg) # Определение количества ребер в представлении графа МАССИВ ЗАПИСЕЙ def get_edge_count_by_graph_info(g_info): return g_info['Кол-во детей'].sum() # Поиск в МАТРИЦЕ СМЕЖНОСТИ def search_in_views_by_adj_mat(adj_mat, peaks): while 1: question = get_question_number() if question == 1: # 1 - всех соседей заданной вершины графа top = get_peaks_for_search(peaks) if top == -1: continue print('\nСоседи вершины №', top, '(', peaks[top], '):', get_neighbours_by_adj_mat(adj_mat, peaks, top)) elif question == 2: # 2 - ответ, образует ли заданная последовательность вершин цепь peaks_num = get_peaks_for_chain(peaks) if peaks_num == -1: continue chain_answer = get_chain_answer_by_adj_mat(adj_mat, peaks_num) if chain_answer: print('\nЗаданная последовательность вершин образует цепь.') else: print('\nЗаданная последовательность вершин не образует цепь.') elif question == 3: # 3 - номера вершин, сумма весов инцидентных рёбер которых больше заданной величины value = get_value_for_search() if value == -1: continue print('\nНомера вершин, сумма весов инцидентных рёбер, которых больше', value, ':', *get_peaks_weight_more_value_by_adj_mat(adj_mat, value)) elif question == 4: # 4 - количество рёбер в графе print('\nВ графе', get_edge_count_by_adj_mat(adj_mat), 'ребер.') elif question == -1: return -1 return -2 # Поиск в СПИСКЕ РЕБЕР def search_in_views_by_list_edges(l_edg, peaks): while 1: question = get_question_number() if question == 1: # 1 - всех соседей заданной вершины графа top = get_peaks_for_search(peaks) if top == -1: continue print('\nСоседи вершины №', top, '(', peaks[top], '):', get_neighbours_by_l_edg(top, l_edg)) elif question == 2: # 2 - ответ, образует ли заданная последовательность вершин цепь peaks_num = get_peaks_for_chain(peaks) if peaks_num == -1: continue chain_answer = get_chain_answer_by_l_edg(l_edg, peaks_num) if chain_answer: print('\nЗаданная последовательность вершин образует цепь.') else: print('\nЗаданная последовательность вершин не образует цепь.') elif question == 3: # 3 - номера вершин, сумма весов инцидентных рёбер которых больше заданной величины value = get_value_for_search() if value == -1: continue print('\nНомера вершин, сумма весов инцидентных рёбер, которых больше', value, ':', *get_peaks_weight_more_value_by_l_edg(peaks, l_edg, value)) elif question == 4: # 4 - количество рёбер в графе print('\nВ графе', get_edge_count_by_l_edg(l_edg), 'ребер.') elif question == -1: return -1 return -2 # Поиск в МАССИВ ЗАПИСЕЙ def search_in_views_by_graph_mat(g_info, peaks): while 1: question = get_question_number() if question == 1: # 1 - всех соседей заданной вершины графа top = get_peaks_for_search(peaks) if top == -1: continue print('\nСоседи вершины №', top, '(', peaks[top], '):', get_neighbours_by_graph_info(top, g_info, peaks)) elif question == 2: # 2 - ответ, образует ли заданная последовательность вершин цепь peaks_num = get_peaks_for_chain(peaks) if peaks_num == -1: continue chain_answer = get_chain_answer_by_graph_info(g_info, peaks_num) if chain_answer: print('\nЗаданная последовательность вершин образует цепь.') else: print('\nЗаданная последовательность вершин не образует цепь.') elif question == 3: # 3 - номера вершин, сумма весов инцидентных рёбер которых больше заданной величины value = get_value_for_search() if value == -1: continue print('\nНомера вершин, сумма весов инцидентных рёбер, которых больше', value, ':', *get_peaks_weight_more_value_by_graph_info(peaks, g_info, value)) elif question == 4: # 4 - количество рёбер в графе print('\nВ графе', get_edge_count_by_graph_info(g_info), 'ребер.') elif question == -1: return -1 return -2 # Узнать размер представлений графа def view_objects_size(adja_mat, l_edg, g_info): info = '\nРазмер представлений:\n\t- матрица смежности: ' + str(sys.getsizeof(adja_mat)) + \ ' байт;\n\t- список ребер: ' + str(sys.getsizeof(l_edg)) + \ ' байт;\n\t- массив записей: ' + str(sys.getsizeof(g_info)) + ' байт.' print(info) return info def func_time_test(adj_mat, l_edg, g_info, peaks): view = ('в представлении графа матрица смежности' , 'в представлении графа список ребер' , 'в представлении графа массив записей') fun_name = ('поиска соседей' , 'проверки последовательности вершин на образование цепи' , 'поиска вершин, сумма инцидентных ребер которых больше заданного числа' , 'определения кол-ва ребер') fun = ( (get_neighbours_by_adj_mat, (adj_mat, peaks, 5)), (get_neighbours_by_l_edg, (5, l_edg)), (get_neighbours_by_graph_info, (5, g_info, peaks)), (get_chain_answer_by_adj_mat, (adj_mat, (1, 2, 3))), (get_chain_answer_by_l_edg, (l_edg, (1, 2, 3))), (get_chain_answer_by_graph_info, (g_info, (1, 2, 3))), (get_peaks_weight_more_value_by_adj_mat, (adj_mat, 8)), (get_peaks_weight_more_value_by_l_edg, (peaks, l_edg, 8)), (get_peaks_weight_more_value_by_graph_info, (peaks, g_info, 8)), (get_edge_count_by_adj_mat, (adj_mat,)), (get_edge_count_by_l_edg, (l_edg,)), (get_edge_count_by_graph_info, (g_info,)), ) for f in range(len(fun)): print('\nФункция', fun[f][0].__name__, fun_name[f // 3], view[f % 3]) start_time = time.time() for iter in range(10 ** 6): fun[f][0](*fun[f][1]) end_time = (time.time() - start_time) print('\tВремя выполнения функции 10^6 раз:', round(end_time, 3), 'секунд') print('\tСреднее время одного выполнения функции:', round(end_time / 10 ** 6, 8), 'секунд') def menu(): peaks = [ 'Rector', 'Vice-Rector1', 'Vice-Rector2', 'Vice-Rector3', 'Vice-Rector4', 'Dean1', 'Dean2', 'Dean3', 'Dean4' ] adjacency_matrix = [ [0, 1, 2, 3, 4, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 2, 0, 0, 5, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 4, 0, 1, 2, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 2, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 4], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 3, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 4, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0] ] list_edges = get_list_edges_by_adjacency_matrix(adjacency_matrix, peaks) graph_info = get_array_of_graph_information(adjacency_matrix, peaks) while 1: num = input(''' Выберите необходимое действие: 1 - построения списка ребер; 2 - визуализировать заданный граф; 3 - представить граф в виде массива записей; 4 - поиск в представлениях (матрица смежности, список ребер, массив записей); 5 - вывести размер объектов содержащего представления графа (матрица смежности, список ребер, массив записей); 6 - тест скорости работы подпрограмм пункта 4; W - Выход. Введите номер: ''') if num == '1': print('', *get_list_edges_by_adjacency_matrix(adjacency_matrix, peaks, False), sep='\n') elif num == '2': print("Визуализация графика...") view_graph(adjacency_matrix, peaks) # Вызов функции для рисования графика elif num == '3': print("Представить граф в виде массива записей") g_info = get_array_of_graph_information(adjacency_matrix, peaks) # Вызов функции для представления графа в виде массива print(g_info) # Выводим информацию о графе elif num == '4': print("Поиск в представлениях") search_in_views(adjacency_matrix, peaks) # Вызов функции для поиска в представлениях elif num == '5': print("Вывести размер объектов") view_objects_size(adjacency_matrix, list_edges, graph_info) search_in_views_by_adj_mat(adjacency_matrix, peaks), search_in_views_by_list_edges(adjacency_matrix, peaks), \ search_in_views_by_graph_mat(adjacency_matrix, peaks) elif num == '6': print("Тестовое время выполнения") func_time_test(adjacency_matrix, list_edges, graph_info, peaks) elif num == 'W': print("Выход из программы.") break # Работа с оператором break здесь корректна, так как он внутри цикла else: print("Некорректный ввод, попробуйте еще раз.") if __name__ == "__main__": menu()