ACM(图论)——tarjan算法详解

时间:2023-03-10 01:11:08
ACM(图论)——tarjan算法详解

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tarjan算法介绍:

  一种由Robert Tarjan提出的求解有向图强连通分量的线性时间的算法。通过变形,其亦可以求解无向图问题

  桥:

  割点:

  连通分量:

  

适用问题:

  求解(有向图/无向图)的,桥,割点,环,回路等问题

整体思想:

  如果我们欲要求解,桥的个数,割点的个数,环的数目,归根结底,是分析清楚一个图 有几个 环,每个环包含哪些节点,那些边。

  而 tarjan算法就是做的这件事情,通过dfs遍历每一条边和节点,算出有几个环,每个环中有哪些节点。那么是如何做的呢,整体上我们可以这么理解。

  首先定义两个 数组 dfn[i]  low[i]  分别代表 每个节点的代号  和 每个环的代号,还有一个分析的次序 cnt变量。然后我们用dfs 深度遍历每一个顶点,每遍历一个节点 cnt++,low[i]=dfn[i]=cnt 就是说,每个节

  点的代号代表它是第几个被我们分析的,同时low[i]=cnt 是说刚开始我们无法判断哪些节点能组成环,所以就初始化为每个节点自己是一个环,这个环的代号就是自己的代号。而当我们分析到一定程度后

  发现,某些节点能组成一个环,再回溯,将这几个节点所属环代号改为一个统一的环代号。到最后,如果一个节点的环代号和自己的代号相等,说明他是一个割点,而如果不相等,则这个节点属于一个

  环,并且通过环代号知道他是那个环。

思想详细分解:

  ACM(图论)——tarjan算法详解

  这里我们需要对一些变量重新定义其在代码中的含义,之前所说只是理解上的含义。

  dfn[i]:节点 i dfs的次序

  low[i]: 节点 i 所在环中 所有节点中最小的 dfn[i]。

  vis[i]:这个节点是否被遍历过,遍历过为1,否则为0

  cnt:遍历次数

  a[60]:用来存储图的 vector。

  -------------------------------------------------------------------------------------------------详细的分步分析------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

  假如我们从  节点1  开始遍历, low[1]=dfn[1]=cnt=1; 然后遍历他的下一个节点,如果下一个节点曾经遍历过,说明这里能形成一个环,如果没便利过,就接着往下遍历。下一个是 节点2

  low[2]=dfn[2]=cnt=2; 再下一个是 节点3  low[3]=dfn[3]=cnt=3 , 然后  low[4]=dfn[4]=cnt =4,直到 4 的下一个节点可以到 节点2 曾经便利过 ,因此节点2到节点4之间会有一个环,接着我们向后回溯

  使 low[4]=min(low[4],low[2])=2   low[3]=min(low[3],low[4])=2   low[2]=min(low[2],low[3])=2  low[1]=min(low[1],low[2])=1, 我们就会发现 节点2 ,节点3 ,节点4,的low与dfn就不一样了,且low都等于2,说明

  他们三个组成了一个环,然后接着向下遍历 节点5 ,没有被遍历过,所以low[5]=dfn[5]=cnt=5;

  至此 整体上 low[2]=low[3]=low[4]=2     low[1]=dfn[1]=1     low[5]=dfn[5]=5; 所以,这个图中有那几个群 ,群里有哪些节点,有哪些是割点,桥等 都一目了然了。

  下面是详细的代码

  求一个无向图的所有桥的个数,先输入两个数 n个节点,m条边。再输入 m对 数代表边的两个节点。

代码示例:

  

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;
vector<int> a[];
int dfn[];
int low[];int vis[];
int cnt=;
int dig=;
//这里是tarjan代码模板核心
void tarjan(int w,int u){
vis[u]=;
low[u]=dfn[u]=(cnt++);
for(int i=;i<a[u].size();i++){
int v = a[u][i];
if(v==w) continue;//因为是无向图,防止向后返回去遍历
if(vis[v]!=) tarjan(u,v);//没有便利过,就接着向下遍历,直到找到后,再执行下面的代码,也就是回溯。
if(vis[v]==) low[u]=min(low[u],low[v]);
}
if(low[u]==dfn[u]){
dig++;
}
}
void init(){
  //初始化函数
memset(dfn,,sizeof dfn);
memset(low,,sizeof low);
memset(vis,,sizeof vis);
memset(sp,,sizeof sp);
}
int main()
{
int n,m;
cin>>n>>m;
init();
for(int i=;i<m;i++){
int k1,k2;
cin>>k1>>k2;
a[k1].push_back(k2);
a[k2].push_back(k1);
}
tarjan(,);
cout<<dig-<<endl;
return ;
}

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