求双连通分量的详解。(根据刘汝佳的训练指南p314)

先看如下的两个定义:

  • 点-双连通图:一个连通的无向图内部没有割点,那么该图是点-双连通图。

        注意:孤立点,以及两点一边这两种图都是点-双连通的,因为它们都是内部无割点。

  • 边-双连通图:一个连通的无向图内部没有桥,那么该图就是边-双连通图。

        注意:孤立点是边-双连通的,但是两点一边不是边-双连通的。

由上面定义可以知道:点-双连通图不一定是边-双连通的

对于一张无向图,点-双连通的极大子图称为双连通分量。不难发现,每条边恰好属于一个双连通分量(所以两点一边是一个点-双连通分量)。但不同双连通分量可能会有公共点,可以证明不同双连通分量最多只有一个公共点,且它一定是割顶。另一方面任意割顶都是至少两个不同的点-双连通分量的公共点。

边-双连通的极大子图称为边-双连通分量。除了桥不属于任何边-双连通分量外,其他每条边恰好属于一个边-双连通分量,而且把所有桥删除之后,每个连通分量对应原图中的一个边-双连通分量。

总之:

判断一个图是不是点-双连通的只要看图中是否有割点。(比寻找割点多了个栈而已)

判断一个图是不是边-双连通的只要看图中是否有桥。

如果看到这里还有很多困惑,先画图思考矛盾的地方,然后看代码可以更清楚,前提是能看懂求割点的算法。

 #include<cstdio>
#include<cstring>
#include<algorithm>
#include<queue>
#include<vector>
#include<stack>
using namespace std;
const int maxn=+; int n,m;
int bcc_cnt;
int dfs_clock; //bcc_cnt计数一共有多少个点-双连通分量
int pre[maxn]; //vis标记,同时也标记了是树中的第几个点
bool iscut[maxn];
int bccno[maxn]; //bccno[i]=x表示第i个顶点属于x号点双连通分量
vector<int> G[maxn],bcc[maxn]; //bcc[i]中包含了i号点-双连通分量的所有节点 struct Edge //边的结构体
{
int u,v;
Edge(int u,int v):u(u),v(v){}
};
stack<Edge> S; int dfs(int u,int fa)
{
int lowu=pre[u]=++dfs_clock;
int child=;
for(int i=;i<G[u].size();i++)
{
int v=G[u][i]; //取出点
Edge e = Edge(u,v); //创建这条边 if(!pre[v]) //v没有被访问过
{
S.push(e); //将边入栈
child++;
int lowv=dfs(v,u); //求low先
lowu=min(lowu,lowv);
if(lowv >= pre[u]) //本节点是割点
{
iscut[u]=true;
bcc_cnt++; //注意bcc_cnt从1开始编号
bcc[bcc_cnt].clear(); //清除之前留下的
while(true) //产生一个双连通分量,
{
Edge x=S.top(); //逐次取出边
S.pop();
//1个点可能属于多个连通分量,且它一定是割点。
if(bccno[x.u]!=bcc_cnt) //这个点还没有统计到这个连通分量。
{
bcc[bcc_cnt].push_back(x.u);
bccno[x.u]=bcc_cnt; //预防重复统计
}
if(bccno[x.v]!=bcc_cnt)
{
bcc[bcc_cnt].push_back(x.v);
bccno[x.v]=bcc_cnt;
}
if(x.u==u && x.v==v) //扫到u-v,栈中又没有与u相连的边了。继续试试其他孩子
break;
}
}
}
else if(pre[v]<pre[u]&&v!=fa) //点v在u上面就被访问过,才可以更新,在下面访问过的,不可以!
{
S.push(e); //这个是和u在一起的双连通分量
lowu=min(lowu,pre[v]);
}
} /*
根的孩子必须大于1才会是割点,有割点才会有双连通分量。
(1)那么如果根不是割点呢?
假设根不是割点,那么根最多只有1个孩子,也就是说根的度为1,那么根不可能处于任何1个双连通分量中。
假设根是割点,那么每个孩子各自是一个连通分量。那么就会在上面的代码中被处理为一个双联通分量。
(2)如果有桥呢?比如u-v是桥,那么会怎样?
假设u-v是桥,且u在数中的时间戳比较小。可知v也就是一个割点啦,u-v断开后,与v相连的都成为一个双连通分量了。
回溯到u时,栈中(或顶)没有包含u的边,直到另一个连通分量的产生。
如果u的孩子中没有连通分量了,那么与u相连的孩子肯定有边连到u的上边,他们又形成了一个环了,双连通分量又产生了,由其他割点去解决。
*/
if(fa< && child==) iscut[u]=false;
return lowu;
} void find_bcc(int n)
{
memset(pre,,sizeof(pre));
memset(iscut,,sizeof(iscut));
memset(bccno,,sizeof(bccno));
dfs_clock = bcc_cnt = ;
for(int i=;i<n;i++) //为了防止有多个连通图,全部都得搜
if(!pre[i]) dfs(i,-);
}
int main()
{
while(scanf("%d%d",&n,&m)==&&n)
{
for(int i=;i<n;i++) G[i].clear(); //点集
for(int i=;i<m;i++) //输入边
{
int u,v;
scanf("%d%d",&u,&v);
G[u].push_back(v);
G[v].push_back(u);
}
find_bcc(n); //计算双连通分量的个数
printf("点-双连通分量一共%d个\n",bcc_cnt); for(int i=;i<=bcc_cnt;i++) //输出每个双连通分量。可能点A在第一个双连通分量中输出,又出现在第2个双连通分量中,因为它是割点。
{
printf("第%d个点-双连通分量包含以下点:\n",i);
sort(&bcc[i][],&bcc[i][]+bcc[i].size()); //对vector排序,使输出的点从小到大
for(int j=;j<bcc[i].size();j++)
{
printf("%d ",bcc[i][j]);
}
printf("\n");
}
}
return ;
} 带注释的源码

带注释的源码

需要注意的是:

  • 单个点不算是一个双连通分量,比如仅有1个点的图。
  • 两个点一条边的子图算是一个双连通分量。比如:a-b-c 这个图中有两个双连通分量:a-b和b-c。
  • 算法中已经考虑到根和叶子和非叶子节点,所以不用例外去添加代码。
  • 根据需要可删减。比如可以不用vector来存储所有连通分量等等。
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