算法面试真题详解:图是否是树

描述
给出 n 个节点,标号分别从 0 到 n - 1 并且给出一个 无向 边的列表 (给出每条边的两个顶点), 写一个函数去判断这张`无向`图是否是一棵树
你可以假设我们不会给出重复的边在边的列表当中. 无向边 [0, 1] 和 [1, 0] 是同一条边, 因此他们不会同时出现在我们给你的边的列表当中。

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样例1
输入: n = 5 edges = [[0, 1], [0, 2], [0, 3], [1, 4]]
输出: true.
样例2
输入: n = 5 edges = [[0, 1], [1, 2], [2, 3], [1, 3], [1, 4]]
输出: false.

算法:bfs

算法思路

  • 一棵拥有n个节点的树有n-1条边,树是连通的,没有环的。
  • 给定一个无向图让我们判断是否为树,我们只需要判断是否连通且无环即可。
  • 我们可以从根节点出发向儿子节点进行广度优先搜索bfs,如果能遍历完所有的点,且没有环存在,那么说明这个无向图是树。
  • 已知给定的边不重复,所以可以通过判断边数是否为(n - 1)条来判断是否无环。
    代码思路
  • 首先判断边数是否为(n - 1)条,若不是则返回false
  • 然后从根节点开始进行bfs搜索
    模板:
    */
    queue <int> q; //声明一个队列
    q.push(...); //压入起始元素
    while (!q.empty()) { //当队列不为空
        ... = q.front();  //取出队列头
        q.pop(); //弹出队列头
        for (...){
            if(...) {
                改变状态
                q.push(...); //压入队列
            }
        }
    }
  • 最后判断是否能够遍历完所有节点,如果能说明是树,返回true。
    复杂度分析
  • 假设有n个点,m条边。
  • 用邻接矩阵存储n个点之间的边的关系,空间复杂度为O(n^2)。
  • 建图时每条边都会访问 1 次,搜索时每个点都会被询问1次,时间复杂度为O(max(n, m))。
    public class Solution {
    /**
     * @param n: An integer
     * @param edges: a list of undirected edges
     * @return: true if it's a valid tree, or false
     */
    public boolean validTree(int n, int[][] edges) {
        int numOfEdge = edges.length;
        // 判断是否为 (n - 1) 条边
        if (numOfEdge != n - 1) {
            return false;
        }
        // adjacent[i][j]里存i与j是否相邻
        int[][] adjacent = new int[n + 2][n + 2];
        for (int i = 0; i < numOfEdge; i++) {
            int u = edges[i][0], v = edges[i][1];
            adjacent[u][v] = adjacent[v][u] = 1;
        }
        // visit[i]记录i是否被访问
        int[] visit = new int[n + 5];
        // 0作为根结点,开始向下遍历
        visit[0] = 1;
        int root = 0, numOfVisited = 1;
        Queue<Integer> q = new LinkedList<Integer>();
        q.add(root);
        while (!q.isEmpty()) {
            root = q.poll(); 
            for (int i = 0; i < n; i++) {
                if (adjacent[root][i] != 1) {
                    continue;
                }
                // 如果相邻且没有被访问过,说明是儿子,加入队列
                if(visit[i] == 0) {
                    visit[i] = 1;
                    numOfVisited++;
                    q.add(i);
                }
            }
        }
        if(numOfVisited == n) {
            return true;
        } 
        return false;
    }
    }

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