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Added extra/graph-theory
authorWilliam Schlieper <schlieper@unc.edu>
Sat, 21 Jun 2008 02:52:44 +0000 (22:52 -0400)
committerWilliam Schlieper <schlieper@unc.edu>
Sat, 21 Jun 2008 02:52:44 +0000 (22:52 -0400)
extra/graph-theory/graph-theory-docs.factor [new file with mode: 0644]
extra/graph-theory/graph-theory.factor [new file with mode: 0644]
extra/graph-theory/reversals/reversals.factor [new file with mode: 0644]
extra/graph-theory/sparse/sparse.factor [new file with mode: 0644]

diff --git a/extra/graph-theory/graph-theory-docs.factor b/extra/graph-theory/graph-theory-docs.factor
new file mode 100644 (file)
index 0000000..82d8b9a
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,135 @@
+! See http://factorcode.org/license.txt for BSD licence.
+USING: help.markup help.syntax ;
+
+IN: graph-theory
+
+ARTICLE: "graph-protocol" "Graph protocol"
+"All graphs must be instances of the graph mixin:"
+{ $subsection graph }
+"All graphs must implement a method on the following generic word:"
+{ $subsection vertices }
+"At least one of the following two generic words must have a method; the " { $link graph } " mixin has default definitions which are mutually recursive:"
+{ $subsection adjlist }
+{ $subsection adj? }
+"All mutable graphs must implement a method on the following generic word:"
+{ $subsection add-blank-vertex }
+"All mutable undirected graphs must implement a method on the following generic word:"
+{ $subsection add-edge }
+"Mutable directed graphs should not implement the above word, as it has a default definition defined in terms of the following generic word:"
+{ $subsection add-edge* }
+"The following two words have default definitions, but are available as generics to allow implementations to optimize them:"
+{ $subsection num-vertices }
+{ $subsection num-edges } ;
+
+HELP: graph
+{ $class-description "A mixin class whose instances are graphs.  Custom implementations of the graph protocol should be declared as instances of this mixin for all graph functionality to work correctly:"
+    { $code "INSTANCE: hex-board graph" }
+} ;
+
+{ vertices num-vertices num-edges } related-words
+
+HELP: vertices
+{ $values { "graph" graph } { "seq" "The vertices" } }
+{ $description "Returns the vertices of the graph." } ;
+
+HELP: num-vertices
+{ $values { "graph" graph } { "n" "The number of vertices" } }
+{ $description "Returns the number of vertices in the graph." } ;
+
+HELP: num-edges
+{ $values { "graph" "A graph" } { "n" "The number of edges" } }
+{ $description "Returns the number of edges in the graph." } ;
+
+{ adjlist adj? } related-words
+
+HELP: adjlist
+{ $values
+    { "from" "The index of a vertex" }
+    { "graph" "The graph to be examined" }
+    { "seq" "The adjacency list" } }
+{ $description "Returns a sequence of vertices that this vertex links to" } ;
+
+HELP: adj?
+{ $values
+    { "from" "The index of a vertex" }
+    { "to" "The index of a vertex" }
+    { "graph" "A graph" }
+    { "?" "A boolean" } }
+{ $description "Returns a boolean describing whether there is an edge in the graph between from and to." } ;
+
+{ add-blank-vertex add-blank-vertices add-edge add-edge* } related-words
+
+HELP: add-blank-vertex
+{ $values
+    { "index" "A vertex index" }
+    { "graph" "A graph" } }
+{ $description "Adds a vertex to the graph." } ;
+
+HELP: add-blank-vertices
+{ $values
+    { "seq" "A sequence of vertex indices" }
+    { "graph" "A graph" } }
+{ $description "Adds vertices with indices in seq to the graph." } ;
+
+HELP: add-edge*
+{ $values
+    { "from" "The index of a vertex" }
+    { "to" "The index of another vertex" }
+    { "graph" "A graph" } }
+{ $description "Adds a one-way edge to the graph, between from and to."
+  $nl 
+  "If you want to add a two-way edge, use " { $link add-edge } " instead." } ;
+
+HELP: add-edge
+{ $values
+    { "m" "The index of a vertex" }
+    { "n" "The index of another vertex" }
+    { "graph" "A graph" } }
+{ $description "Adds a two-way edge to the graph, between m and n."
+  $nl
+  "If you want to add a one-way edge, use " { $link add-edge* } " instead." } ;
+
+{ depth-first full-depth-first dag? topological-sort } related-words
+
+HELP: depth-first
+{ $values
+    { "v" "The vertex to start the search at" }
+    { "graph" "The graph to search" }
+    { "pre" "A quotation of the form ( n -- )" }
+    { "post" "A quotation of the form ( n -- )" }
+    { "?list" "A list of booleans describing the vertices visited in the search" }
+    { "?" "A boolean describing whether or not the end-search error was thrown" } }
+{ $description "Performs a depth-first search on " { $emphasis "graph" } ".  The variable " { $emphasis "graph" } " can be accessed in both quotations."
+  $nl
+  "The " { $emphasis "pre" } " quotation is run before the recursive application of depth-first."
+  $nl
+  "The " { $emphasis "post" } " quotation is run after the recursive application of depth-first."
+  $nl
+  { $emphasis "?list" } " is a list of booleans, " { $link t } " for every vertex visted during the search, and " { $link f } " for every vertex not visited." } ;
+
+HELP: full-depth-first
+{ $values
+    { "graph" "The graph to search" }
+    { "pre" "A quotation of the form ( n -- )" }
+    { "post" "A quotation of the form ( n -- )" }
+    { "tail" "A quotation of the form ( -- )" }
+    { "?" "A boolean describing whether or not the end-search error was thrown" } }
+{ $description "Performs a depth-first search on " { $emphasis "graph" } ".  The variable " { $emphasis "graph" } "can be accessed in both quotations."
+  $nl
+  "The " { $emphasis "pre" } " quotation is run before the recursive application of depth-first."
+  $nl
+  "The " { $emphasis "post" } " quotation is run after the recursive application of depth-first."
+  $nl
+  "The " { $emphasis "tail" } " quotation is run after each time the depth-first search runs out of nodes.  On an undirected graph this will be each connected subgroup but on a directed graph it can be more complex." } ;
+
+HELP: dag?
+{ $values
+    { "graph" graph }
+    { "?" "A boolean indicating if the graph is acyclic" } }
+{ $description "Using a depth-first search, determines if the specified directed graph is a directed acyclic graph.  An undirected graph will produce a false result, as the algorithm does not eliminate cycles of length 2, which will include any edge that goes both ways." } ;
+
+HELP: topological-sort
+{ $values
+    { "graph" graph }
+    { "seq/f" "Either a sequence of values or f" } }
+{ $description "Using a depth-first search, topologically sorts the specified directed graph.  Returns f if the graph contains any cycles, and a topologically sorted sequence otherwise." } ;
diff --git a/extra/graph-theory/graph-theory.factor b/extra/graph-theory/graph-theory.factor
new file mode 100644 (file)
index 0000000..322f17d
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,92 @@
+! Copyright (C) 2008 William Schlieper <schlieper@unc.edu>
+! See http://factorcode.org/license.txt for BSD license.
+
+USING: kernel combinators fry continuations sequences arrays vectors assocs hashtables heaps namespaces ;
+
+IN: graph-theory
+
+MIXIN: graph
+SYMBOL: visited?
+ERROR: end-search ;
+
+GENERIC: vertices ( graph -- seq ) flushable
+
+GENERIC: num-vertices ( graph -- n ) flushable
+
+GENERIC: num-edges ( graph -- n ) flushable
+
+GENERIC: adjlist ( from graph -- seq ) flushable
+
+GENERIC: adj? ( from to graph -- ? ) flushable
+
+GENERIC: add-blank-vertex ( index graph -- )
+
+GENERIC: delete-blank-vertex ( index graph -- )
+
+GENERIC: add-edge* ( from to graph -- )
+
+GENERIC: add-edge ( u v graph -- )
+
+GENERIC: delete-edge* ( from to graph -- )
+
+GENERIC: delete-edge ( u v graph -- )
+
+M: graph num-vertices
+    vertices length ;
+
+M: graph num-edges
+   [ vertices ] [ '[ , adjlist length ] map sum ] bi ;
+
+M: graph adjlist
+    [ vertices ] [ swapd '[ , swap , adj? ] filter ] bi ;
+
+M: graph adj?
+    swapd adjlist index >boolean ;
+
+M: graph add-edge
+    [ add-edge* ] [ swapd add-edge* ] 3bi ;
+
+M: graph delete-edge
+    [ delete-edge* ] [ swapd delete-edge* ] 3bi ;
+
+: add-blank-vertices ( seq graph -- )
+    '[ , add-blank-vertex ] each ;
+
+: delete-vertex ( index graph -- )
+    [ adjlist ]
+    [ '[ , , 3dup adj? [ delete-edge* ] [ 3drop ] if ] each ]
+    [ delete-blank-vertex ] 2tri ;
+
+<PRIVATE
+
+: search-wrap ( quot graph -- ? )
+    [ [ graph set ] [ vertices [ f 2array ] map >hashtable visited? set ] bi
+      [ t ] compose [ dup end-search? [ drop f ] [ rethrow ] if ] recover ] with-scope ; inline
+
+: (depth-first) ( v pre post -- )
+    { [ 2drop visited? get t -rot set-at ] 
+      [ drop call ]
+      [ [ graph get adjlist ] 2dip
+        '[ dup visited? get at [ drop ] [ , , (depth-first) ] if ] each ]
+      [ nip call ] } 3cleave ; inline
+
+PRIVATE>
+
+: depth-first ( v graph pre post -- ?list ? )
+    '[ , , (depth-first) visited? get ] swap search-wrap ; inline
+
+: full-depth-first ( graph pre post tail -- ? )
+    '[ [ visited? get [ nip not ] assoc-find ] 
+       [ drop , , (depth-first) @ ] 
+       [ 2drop ] while ] swap search-wrap ; inline
+
+: dag? ( graph -- ? )
+    V{ } clone swap [ 2dup swap push dupd
+                     '[ , swap graph get adj? not ] all? 
+                      [ end-search ] unless ]
+                    [ drop dup pop* ] [ ] full-depth-first nip ;
+
+: topological-sort ( graph -- seq/f )
+    dup dag?
+    [ V{ } swap [ drop ] [ prefix ] [ ] full-depth-first drop ]
+    [ drop f ] if ;
diff --git a/extra/graph-theory/reversals/reversals.factor b/extra/graph-theory/reversals/reversals.factor
new file mode 100644 (file)
index 0000000..1ea1a3f
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,22 @@
+! Copyright (C) 2008 William Schlieper <schlieper@unc.edu>
+! See http://factorcode.org/license.txt for BSD license.
+
+USING: accessors kernel graph-theory ;
+
+IN: graph-theory.reversals
+
+TUPLE: reversal graph ;
+
+GENERIC: reverse-graph ( graph -- reversal )
+
+M: graph reverse-graph reversal boa ;
+
+M: reversal reverse-graph graph>> ;
+
+INSTANCE: reversal graph
+
+M: reversal vertices
+    graph>> vertices ;
+
+M: reversal adj?
+    swapd graph>> adj? ;
diff --git a/extra/graph-theory/sparse/sparse.factor b/extra/graph-theory/sparse/sparse.factor
new file mode 100644 (file)
index 0000000..33c5505
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,35 @@
+! Copyright (C) 2008 William Schlieper <schlieper@unc.edu>
+! See http://factorcode.org/license.txt for BSD license.
+
+USING: accessors kernel sequences arrays vectors sets assocs hashtables graph-theory namespaces fry ;
+
+IN: graph-theory.sparse
+
+TUPLE: sparse-graph alist ; 
+
+: <sparse-graph> ( -- sparse-graph )
+    H{ } clone sparse-graph boa ;
+
+: >sparse-graph ( graph -- sparse-graph )
+    [ vertices ] keep
+    '[ dup , adjlist 2array ] map >hashtable sparse-graph boa ;
+
+INSTANCE: sparse-graph graph
+
+M: sparse-graph vertices
+    alist>> keys ;
+
+M: sparse-graph adjlist
+    alist>> at ;
+
+M: sparse-graph add-blank-vertex 
+    alist>> V{ } clone -rot set-at ;
+
+M: sparse-graph delete-blank-vertex
+    alist>> delete-at ;
+
+M: sparse-graph add-edge*
+    alist>> swapd at adjoin ;
+
+M: sparse-graph delete-edge*
+    alist>> swapd at delete ;