ProjektGraph/graph/ExampleGraphs.java

package graph;

import java.awt.*;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ExampleGraphs {

    public DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example1() {

        /*
         * Beispiel 1 zeigt ein Gitter aus Knoten und Kanten, bei dem jeder Knoten mit
         * seinen horizontal und vertikal benachbarten Knoten verbunden ist. Alle Kanten
         * haben die gleiche Gewichtung. Der Startknoten befindet sich in einer Ecke
         * des Gitters und der Zielknoten in der gegenüberliegenden Ecke.
         *
         * Ziel:
         * Demonstrieren, wie der A*-Algorithmus durch gezieltere Suche effizienter ist
         * als der Dijkstra-Algorithmus in einem strukturierten Gittergraphen.
         *
         * Startknoten: A
         * Endknoten: Y
         */

        DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example1 = new DirectedGraph<>();

        int size = 5;
        MarkedVertex<VertexMarking>[][] vertices = new MarkedVertex[size][size];

        // Knoten erstellen und zum Graph hinzufügen
        for (int row = 0; row < size; row++) {
            for (int col = 0; col < size; col++) {
                String name = String.valueOf((char) ('A' + row * size + col));
                if (name.equals("A")) {
                    name = "Start";
                } else if (name.equals("Y")) {
                    name = "Ende";
                }
                vertices[row][col] = new MarkedVertex<>(50 + col * 100, 50 + row * 100, name, null, null);
                example1.addVertex(vertices[row][col]);
            }
        }

        // Kanten horizontal und vertikal verbinden
        for (int row = 0; row < size; row++) {
            for (int col = 0; col < size; col++) {
                if (col < size - 1) {
                    addBidirectionalEdge(example1, vertices[row][col], vertices[row][col + 1], new EdgeWeightMarking(1));
                }
                if (row < size - 1) {
                    addBidirectionalEdge(example1, vertices[row][col], vertices[row + 1][col], new EdgeWeightMarking(1));
                }
            }
        }

        return example1;
    }

    private void addBidirectionalEdge(DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> graph, MarkedVertex<VertexMarking> from, MarkedVertex<VertexMarking> to, EdgeWeightMarking weight) {
        MarkedEdge<EdgeMarking> forwardEdge = new MarkedEdge<>("edge" + from.getName() + "_" + to.getName(), from, to, weight);
        MarkedEdge<EdgeMarking> backwardEdge = new MarkedEdge<>("edge" + to.getName() + "_" + from.getName(), to, from, weight);
        graph.addEdge(forwardEdge);
        graph.addEdge(backwardEdge);
    }

    public DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example2() {
        DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example2 = new DirectedGraph<>();


        /*
         * Beispiel 2 zeigt zwei Wege von einem Startknoten zu einem Zielknoten mit unterschiedlichen Eigenschaften:
         * Ein Weg (oben) hat wenige Knoten mit Kanten geringer Gewichtung, außer der letzten Kante, die hohe Gewichtung hat.
         * Der andere Weg (unten) hat mehr Knoten mit höherer Gewichtung der Kanten. Der Algorithmus sollte zuerst den oberen
         * Weg erkunden, bis er die hohe Gewichtung der letzten Kante des unteren Wegs berücksichtigt.
         *
         * Startknoten: A
         * Endknoten: E
         */

        MarkedVertex A = new MarkedVertex<>(100, 100, "Start", null, null);
        MarkedVertex B = new MarkedVertex<>(250, 50, "B", null, null);
        MarkedVertex C = new MarkedVertex<>(400, 100, "C", null, null);
        MarkedVertex D = new MarkedVertex<>(550, 50, "D", null, null);
        MarkedVertex E = new MarkedVertex<>(700, 100, "Ende", null, null);
        MarkedVertex F = new MarkedVertex<>(250, 200, "F", null, null);
        MarkedVertex G = new MarkedVertex<>(550, 200, "G", null, null);

        example2.addVertex(A);
        example2.addVertex(B);
        example2.addVertex(C);
        example2.addVertex(D);
        example2.addVertex(E);
        example2.addVertex(F);
        example2.addVertex(G);

        example2.addEdge(new MarkedEdge<>("AB", A, B, new EdgeWeightMarking(1)));
        example2.addEdge(new MarkedEdge<>("BC", B, C, new EdgeWeightMarking(1)));
        example2.addEdge(new MarkedEdge<>("CD", C, D, new EdgeWeightMarking(10)));
        example2.addEdge(new MarkedEdge<>("DE", D, E, new EdgeWeightMarking(1)));

        example2.addEdge(new MarkedEdge<>("AF", A, F, new EdgeWeightMarking(5)));
        example2.addEdge(new MarkedEdge<>("FG", F, G, new EdgeWeightMarking(5)));
        example2.addEdge(new MarkedEdge<>("GE", G, E, new EdgeWeightMarking(5)));

        return example2;
    }



    public DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example3() {

        /*
         * Beispiel 3 zeigt ein Labyrinth mit vier horizontalen Wegen, die jeweils aus vier Knoten bestehen.
         * Jeder Weg führt zum Endpunkt E1, E2, E3 bzw. E4. Ziel ist es zu zeigen, dass die Algorithmen auch
         * potenziell falsche Wege erkunden können, bevor sie den richtigen Endpunkt erreichen.
         *
         * Startknoten: A
         * Endknoten: E2
         */

        DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example3 = new DirectedGraph<>();

        // Startpunkt A in der Mitte der Y-Koordinate
        MarkedVertex A = new MarkedVertex<>(100, 250, "Start", null, null);

        // Erster Weg
        MarkedVertex B1 = new MarkedVertex<>(200, 100, "B1", null, null);
        MarkedVertex C1 = new MarkedVertex<>(300, 100, "C1", null, null);
        MarkedVertex D1 = new MarkedVertex<>(400, 100, "D1", null, null);
        MarkedVertex E1 = new MarkedVertex<>(500, 100, "E1", null, null); // Endpunkt des ersten Weges

        // Zweiter Weg
        MarkedVertex B2 = new MarkedVertex<>(200, 200, "B2", null, null);
        MarkedVertex C2 = new MarkedVertex<>(300, 200, "C2", null, null);
        MarkedVertex D2 = new MarkedVertex<>(400, 200, "D2", null, null);
        MarkedVertex E2 = new MarkedVertex<>(500, 200, "E2", null, null); // Endpunkt des zweiten Weges

        // Dritter Weg
        MarkedVertex B3 = new MarkedVertex<>(200, 300, "B3", null, null);
        MarkedVertex C3 = new MarkedVertex<>(300, 300, "C3", null, null);
        MarkedVertex D3 = new MarkedVertex<>(400, 300, "D3", null, null);
        MarkedVertex E3 = new MarkedVertex<>(500, 300, "E3", null, null); // Endpunkt des dritten Weges

        // Vierter Weg
        MarkedVertex B4 = new MarkedVertex<>(200, 400, "B4", null, null);
        MarkedVertex C4 = new MarkedVertex<>(300, 400, "C4", null, null);
        MarkedVertex D4 = new MarkedVertex<>(400, 400, "D4", null, null);
        MarkedVertex E4 = new MarkedVertex<>(500, 400, "Ende", null, null); // Endpunkt des vierten Weges

        example3.addVertex(A);
        example3.addVertex(B1);
        example3.addVertex(C1);
        example3.addVertex(D1);
        example3.addVertex(B2);
        example3.addVertex(C2);
        example3.addVertex(D2);
        example3.addVertex(B3);
        example3.addVertex(C3);
        example3.addVertex(D3);
        example3.addVertex(B4);
        example3.addVertex(C4);
        example3.addVertex(D4);
        example3.addVertex(E1);
        example3.addVertex(E2);
        example3.addVertex(E3);
        example3.addVertex(E4);

        example3.addEdge(new MarkedEdge<>("AB1", A, B1, new EdgeWeightMarking(1)));
        example3.addEdge(new MarkedEdge<>("AB2", A, B2, new EdgeWeightMarking(1)));
        example3.addEdge(new MarkedEdge<>("AB3", A, B3, new EdgeWeightMarking(1)));
        example3.addEdge(new MarkedEdge<>("AB4", A, B4, new EdgeWeightMarking(1)));

        example3.addEdge(new MarkedEdge<>("B1C1", B1, C1, new EdgeWeightMarking(1)));
        example3.addEdge(new MarkedEdge<>("B2C2", B2, C2, new EdgeWeightMarking(1)));
        example3.addEdge(new MarkedEdge<>("B3C3", B3, C3, new EdgeWeightMarking(1)));
        example3.addEdge(new MarkedEdge<>("B4C4", B4, C4, new EdgeWeightMarking(1)));

        example3.addEdge(new MarkedEdge<>("C1D1", C1, D1, new EdgeWeightMarking(1)));
        example3.addEdge(new MarkedEdge<>("C2D2", C2, D2, new EdgeWeightMarking(1)));
        example3.addEdge(new MarkedEdge<>("C3D3", C3, D3, new EdgeWeightMarking(1)));
        example3.addEdge(new MarkedEdge<>("C4D4", C4, D4, new EdgeWeightMarking(1)));

        example3.addEdge(new MarkedEdge<>("D1E1", D1, E1, new EdgeWeightMarking(1)));
        example3.addEdge(new MarkedEdge<>("D2E2", D2, E2, new EdgeWeightMarking(1)));
        example3.addEdge(new MarkedEdge<>("D3E3", D3, E3, new EdgeWeightMarking(1)));
        example3.addEdge(new MarkedEdge<>("D4E4", D4, E4, new EdgeWeightMarking(1)));

        return example3;
    }



    public DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example4() {

        /**
         * Erstellt einen Beispielgraphen (Beispiel 4), der sich ideal für die Demonstration der Funktionsweise
         * des Dijkstra- und A*-Algorithmus eignet. Der Graph enthält eine Vielzahl von Knoten, die durch
         * gewichtete Kanten verbunden sind. Dies ermöglicht es, den kürzesten Weg von einem Startknoten zu einem
         * Zielknoten effizient zu berechnen und die Unterschiede zwischen den beiden Algorithmen in der
         * Pfadfindung zu veranschaulichen.
         *
         * Startknoten: A
         * Zielknoten: H
         *
         */

        DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example4 = new DirectedGraph<>();

        // Erstellung der Knoten mit Koordinaten
        MarkedVertex<VertexMarking> A = new MarkedVertex<>(50, 250, "Start", null, null);
        MarkedVertex<VertexMarking> B = new MarkedVertex<>(150, 150, "B", null, null);
        MarkedVertex<VertexMarking> C = new MarkedVertex<>(150, 350, "C", null, null);
        MarkedVertex<VertexMarking> D = new MarkedVertex<>(250, 100, "D", null, null);
        MarkedVertex<VertexMarking> E = new MarkedVertex<>(250, 250, "E", null, null);
        MarkedVertex<VertexMarking> F = new MarkedVertex<>(350, 200, "F", null, null);
        MarkedVertex<VertexMarking> G = new MarkedVertex<>(450, 300, "G", null, null);
        MarkedVertex<VertexMarking> H = new MarkedVertex<>(450, 100, "Ende", null, null);


        // Hinzufügen der Knoten zum Graphen
        example4.addVertex(A);
        example4.addVertex(B);
        example4.addVertex(C);
        example4.addVertex(D);
        example4.addVertex(E);
        example4.addVertex(F);
        example4.addVertex(G);
        example4.addVertex(H);

        // Erstellung der Kanten mit Gewichtungen
        example4.addEdge(new MarkedEdge<>("AB", A, B, new EdgeWeightMarking(4)));
        example4.addEdge(new MarkedEdge<>("AC", A, C, new EdgeWeightMarking(2)));
        example4.addEdge(new MarkedEdge<>("BC", B, C, new EdgeWeightMarking(5)));
        example4.addEdge(new MarkedEdge<>("BD", B, D, new EdgeWeightMarking(10)));
        example4.addEdge(new MarkedEdge<>("CD", C, D, new EdgeWeightMarking(3)));
        example4.addEdge(new MarkedEdge<>("CE", C, E, new EdgeWeightMarking(7)));
        example4.addEdge(new MarkedEdge<>("DE", D, E, new EdgeWeightMarking(2)));
        example4.addEdge(new MarkedEdge<>("DF", D, F, new EdgeWeightMarking(2)));
        example4.addEdge(new MarkedEdge<>("EF", E, F, new EdgeWeightMarking(5)));
        example4.addEdge(new MarkedEdge<>("EG", E, G, new EdgeWeightMarking(10)));
        example4.addEdge(new MarkedEdge<>("FG", F, G, new EdgeWeightMarking(3)));
        example4.addEdge(new MarkedEdge<>("FH", F, H, new EdgeWeightMarking(6)));
        example4.addEdge(new MarkedEdge<>("GH", G, H, new EdgeWeightMarking(1)));

        return example4;
    }
}