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邻接矩阵计算器

在邻接矩阵、边列表和邻接表之间进行转换。自动检测有向/无向图,计算度序列、密度、连通分量和矩阵幂 —— 附带交互式 SVG 图形可视化。

邻接矩阵计算器
接受 A-B, A->B, A B, A,B,或矩阵行如 0 1 1 0。顶点标签可使用字母、数字或下划线。
逗号或空格分隔的标签,每行矩阵对应一个。省略时默认为 A, B, C…

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邻接矩阵计算器

邻接矩阵计算器是一个图论工具,可在三种规范图表示形式——邻接矩阵边列表邻接列表——之间进行转换,并提供丰富的结构分析结果:度序列、图密度、连通分量和矩阵幂。它能自动检测您的输入描述的是有向图还是无向图,并在每个结果旁边渲染实时 SVG 可视化图形。

什么是邻接矩阵?

给定一个具有 n 个顶点的图 G = (V, E),其邻接矩阵是一个 n × n 的方阵 A,如果从顶点 i 到顶点 j 有一条边,则条目 A[i][j] 为 1,否则为 0。

A[i][j] = 1 如果 (vi, vj) ∈ E , 否则为 0

对于无向图,邻接矩阵总是对称的:每条边 {u, v} 同时贡献 A[u][v] = 1A[v][u] = 1。对于有向图(digraph),矩阵可能是不对称的,反映了每个弧的方向。

三种表示形式 — 选择适合您问题的形式

表示形式 空间复杂度 边查找 列出邻居 最适用于
邻接矩阵 Θ(n²) O(1) Θ(n) 稠密图;矩阵代数(幂、特征值)
邻接列表 Θ(n + m) O(deg v) Θ(deg v) 稀疏图;BFS/DFS 和最短路径算法
边列表 Θ(m) Θ(m) Θ(m) 输入/输出、Kruskal 最小生成树、以边为中心的算法

计算的关键指标

度序列

对于无向图,顶点的是与之相连的边数(自环计两次)。对于有向图,每个顶点都有一个入度(进入的弧)和一个出度(发出的弧)。排序后的度列表是一个经典的图不变量,用于同构测试和 Erdős–Gallai 可实现性定理。

握手引理: Σ deg(v) = 2m (无向) Σ in-deg(v) = Σ out-deg(v) = m (有向)

图密度

密度衡量图相对于 n 个顶点上可能的最大边数有多“满”。

无向图: D = 2m / (n(n−1)) 有向图: D = m / (n(n−1))

密度为 0 表示没有边,1 表示图是完全图,低于 0.1 的值通常表示稀疏图,此时邻接列表比矩阵更节省空间。

连通分量

连通分量是顶点的极大子集,使得每一对顶点都由一条路径连接。对于有向图,此计算器报告弱连通分量(忽略箭头方向)——这与将每个弧视为无向边所得到的子集相同。

矩阵幂 (A², A³ ... )

代数图论的一个基本定理指出,Ak 的 (i, j) 条目等于从顶点 i 到顶点 j 长度恰好为 k 的通路数量。因此:

支持的输入格式

1. 边列表

每行一个边或用逗号分隔。这些分隔符均有效:A-B, A B, A,B, A->B, A--B。如果您想强制进行有向解释,请使用 ->

A-B, B-C, C-A, C-D (带尾巴的无向 4 环) A->B, B->C, C->D, D->A (长度为 4 的有向环)

2. 邻接列表

每行一个顶点,格式为 顶点: 邻居1, 邻居2, ...。顺序无关紧要;缺失的顶点会自动从邻居列表中添加。

A: B, C, D B: A, C C: A, B, D D: A, C

3. 邻接矩阵

每行一个行向量,使用空格或逗号分隔 0/1 值。矩阵必须是方阵。可以在“矩阵标签”字段中提供自定义标签(否则使用 A, B, C…)。

0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0

如何使用此计算器

  1. 使用选项卡选择输入格式:边列表、邻接列表或邻接矩阵。
  2. 在文本区域粘贴或输入您的图。对于矩阵输入,可在矩阵标签字段中添加可选标签。
  3. 选择图类型 — 保持为“自动检测”,计算器将根据箭头 (->) 或矩阵对称性推断有向性。如果您想覆盖,请强制设为“有向”或“无向”。
  4. 点击“转换并分析图”。结果页面会显示邻接矩阵、交互式 SVG 渲染、另外两种文本表示形式、度统计信息、连通分量,以及当图足够小时显示通路计数矩阵 A² 和 A³。
  5. 悬停在矩阵行或图节点上,对应的行/列和关联边将亮起 — 瞬间直观证明每种格式编码的都是相同的信息。

应用实例

考虑一个顶点集为 {A, B, C, D},边为 AB, BC, CA, CD 的无向图。邻接矩阵为:

A B C D A [ 0 1 1 0 ] B [ 1 0 1 0 ] C [ 1 1 0 1 ] D [ 0 0 1 0 ]

计算器得出的关键事实:

常见应用

常见问题解答

什么是邻接矩阵?

邻接矩阵是一个用于表示有限图的 n × n 方阵。如果从顶点 i 到顶点 j 有一条边,则每个单元格 A[i][j] 为 1,否则为 0。对于无向图,矩阵是对称的,因此 A[i][j] = A[j][i]。矩阵使得在常数时间内检查两个顶点是否相连变得容易,且矩阵幂编码了顶点之间的通路数量。

如何从邻接矩阵判断图是否有向?

如果邻接矩阵是对称的,即对于每一对索引,A[i][j] 都等于 A[j][i],则该图是无向的。如果至少有一对 A[i][j] 与 A[j][i] 不同,则该图是有向的。当您选择“自动检测”选项时,此计算器会自动执行对称性检查。

邻接矩阵的 k 次幂代表什么?

矩阵 A^k 的条目 (i, j) 计算从顶点 i 到顶点 j 的长度恰好为 k 的通路数量。例如,A²[i][j] 是 2 步路径的数量,在无向图中等于 i 和 j 的共同邻居数量。此属性用于三角形计数、可达性和 PageRank 式计算的算法中。

什么是图密度?

图密度是现有边数与最大可能边数的比率。对于具有 n 个顶点的无向简单图,密度 = 2m / (n(n-1))。对于有向图,密度 = m / (n(n-1))。密度接近 0 表示稀疏图;密度为 1 表示完全图。

邻接矩阵与邻接列表有什么不同?

邻接矩阵使用 n² 位存储每一对顶点的连通性,使邻居查找复杂度为 O(1),但内存使用量为 O(n²)。邻接列表仅存储每个顶点的实际邻居,内存占用为 O(n + m),对于稀疏图来说要小得多,但邻居查找需要线性扫描。矩阵更适合稠密图和矩阵代数运算;列表更适合稀疏图和 BFS/DFS 等遍历算法。

该工具能处理带权图吗?

目前的计算器专注于具有 0/1 条目的无权邻接矩阵。如果您粘贴具有非零数值权重的矩阵,每个非零单元格在结构分析中都会被视为 1。对于最短路径等带权图计算,请考虑使用专门的带权图工具。

延伸阅读

引用此内容、页面或工具为:

"邻接矩阵计算器" 于 https://MiniWebtool.com/zh-cn/邻接矩阵计算器/,来自 MiniWebtool,https://MiniWebtool.com/

由 miniwebtool 团队开发。更新日期:2026年4月20日

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