在C#中创建加权图

简介

加权图是一个有向或无向图，每个边都有一个权重。在计算机科学中，加权图经常用于模拟真实世界的复杂系统，如社交网络、地图和交通网络等。

在C#中，我们可以使用GraphSharp和QuickGraph库来创建加权图。

安装GraphSharp和QuickGraph

在Visual Studio中打开项目，依次单击“工具”->“NuGet包管理器”->“程序包管理器控制台”，然后在控制台中运行以下命令：

Install-Package GraphSharp.Core
Install-Package QuickGraph

创建加权图

在程序中创建一个类来表示图中的节点。例如，你可以使用下面的代码创建一个名为“Node”的节点类：

public class Node
{
    public string ID { get; set; }

    public Node(string id)
    {
        ID = id;
    }
}

然后，我们需要创建一个有向或无向的加权图。下面的代码创建了一个名为“graph”的无向图：

UndirectedGraph<Node, Edge<Node>> graph = new UndirectedGraph<Node, Edge<Node>>();

要将节点添加到图中，请使用以下代码：

Node node1 = new Node("1");
Node node2 = new Node("2");

graph.AddVertex(node1);
graph.AddVertex(node2);

最后，我们需要为图中的每个边指定权重。下面的代码将两个节点之间的边权重设置为3：

Edge<Node> edge = new Edge<Node>(node1, node2);
graph.AddEdge(edge);

graph.SetEdgeWeight(edge, 3);

可视化加权图

使用GraphSharp库，我们可以使用以下代码创建XAML表示图形的控件：

<UserControl x:Class="GraphVisualizerExample.GraphControl"
         xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
         xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
         xmlns:graphsharp="clr-namespace:GraphSharp.Controls;assembly=GraphSharp.Controls"
         xmlns:local="clr-namespace:GraphVisualizerExample"
         xmlns:quickGraph="clr-namespace:QuickGraph;assembly=QuickGraph"
         Width="800" Height="800">

    <Grid>
        <!-- GraphArea is the main control for displaying the graph. -->
        <graphsharp:GraphLayout x:Name="graphLayout" Graph="{Binding ElementName=TheGraph}" />

        <Border BorderBrush="Black" BorderThickness="2" Grid.Row="0" CornerRadius="20" Background="White">
            <Grid>
                <StackPanel>
                    <Button Content="Zoom In" Click="ZoomInButton_Click"/>
                    <Button Content="Zoom Out" Click="ZoomOutButton_Click"/>
                </StackPanel>
            </Grid>
        </Border>
    </Grid>
</UserControl>

我们还需要定义一个方法来设置图形的视图。下面的代码定义了一个SetGraph()方法，用于设置有向图的视图。

private void SetGraph()
{
    // 创建相应的有向图布局器
    var graphLayout = new GraphSharp.Algorithms.Layout.Simple.Generic.GraphLayout<Node, Edge<Node>, UndirectedGraph<Node, Edge<Node>>>(TheGraph, 20);

    // 设置有向图布局器的基本属性
    graphLayout.LayoutMode = GraphSharp.Algorithms.Layout.LayoutMode.Automatic;
    graphLayout.GraphCanvas.Background = Brushes.Transparent;
    graphLayout.VertexRadius = 20;
    graphLayout.HighlightAlgorithmType = "SimpleHighlightAlgorithm";

    // 设置有向边属性
    var edgeBezierLine = new RoundedBezierEdgeRouteParameters();
    edgeBezierLine.EdgeMargin = 0.0;
    edgeBezierLine.AngleThreshold = Core.Math.PI / 6.0;
    edgeBezierLine.RadiusX = 11.0;
    edgeBezierLine.RadiusY = 11.0;

    // 注册视图装配器
    var viewRegistry = new Dictionary<Node, UIElement>();
    foreach (Node v in TheGraph.Vertices)
    {
        var view = new VertexControl(v);
        view.HorizontalAlignment = HorizontalAlignment.Center;
        view.VerticalAlignment = VerticalAlignment.Center;

        viewRegistry[v] = view;

        graphLayout.RegisterLayoutElemnt(v, view);
    }

    foreach (Edge<Node> e in TheGraph.Edges)
    {
        var view = new EdgeControl(viewRegistry[e.Source], viewRegistry[e.Target], e, edgeBezierLine);
        graphLayout.RegisterLayoutElemnt(e, view);
    }

    // 设置视图和元素
    graphLayout.Attach(TheGraph);
    TheGraph.LayoutAlgorithmType = "EfficientSugiyama";
    TheGraph.LayoutAlgorithmParameters = new EfficientSugiyamaLayoutParameters();

    GraphArea.Children.Add(graphLayout.GraphCanvas);
}

在以下代码片段中，我们创建了一个名为graphLayout的GraphLayout对象，并将其添加到控件树。

var graphLayout = new GraphSharp.Algorithms.Layout.Simple.Generic.GraphLayout<Node, Edge<Node>, UndirectedGraph<Node, Edge<Node>>>(TheGraph, 20);
GraphArea.Children.Add(graphLayout);

现在，我们可以使用TheGraph对象设置图形数据：

TheGraph = graph;
SetGraph();

总结

在本文中，我们介绍了如何在C#中创建加权图，并实现了一个用于可视化图形的控件。GraphSharp和QuickGraph库提供了强大的工具来创建和操作加权图，因此您可以使用它们来解决各种计算机科学问题。