第四关——图论：强连通分量

14:27:28 写一首十几岁听的情歌，可惜我没在那个时候遇见你，否则我努力活到百岁以后，就刚好爱你一整个世纪  ——《零几年听的情歌》

今天是待在学校的最后一天了，撒花，庆祝！！！那也祝自己十六岁生日快乐

最近肺炎传染有点严重，大家能点外卖点外卖，能躺床躺床，少出门，你肆无忌惮赖在家的机会来了！！！

好了，今天要讲的呢，是要待在家好好学习一下的强连通分量。

  • 概念

连通分量：在无向图中，即为连通子图。

有向图强连通分量：在有向图G中，如果两个顶点vi,vj间（vi>vj）有一条从vi到vj的有向路径，同时还有一条从vj到vi的有向路径，则称两个顶点强连通(strongly connected)。如果有向图G的每两个顶点都强连通，称G是一个强连通图。有向图的极大强连通子图，称为强连通分量(strongly connected components)

极大强连通子图：G是一个极大强连通子图，当且仅当G是一个强连通子图且不存在另一个强连通子图G’，是得G是G‘的真子集

下图中，子图{1,2,3,4}为一个强连通分量，因为顶点1,2,3,4两两可达。{5},{6}也分别是两个强连通分量。

  • 用双向遍历取交集的方法求强连通分量，时间复杂度为O(N^2+M)。
  • Kosaraju算法或Tarjan算法求强连通分量，两者的时间复杂度都是O(N+M)。

  • Tarjan算法

基于对图深度优先搜索，每个强连通分量为搜索树中的一棵子树。

算法流程

  • 搜索时，把当前搜索树中未处理的节点加入一个堆栈
  • 回溯时可以判断栈顶到栈中的节点是否为一个强连通分量。
  • 定义DFN(u)为节点u搜索的次序编号(时间戳)，Low(u)为u或u的子树能够追溯到的最早的栈中节点的次序号。
  • 当DFN(u)=Low(u)时，以u为根的搜索子树上所有节点是一个强连通分量。

以下为网上找的算法演示流程：

从节点1开始DFS，把遍历到的节点加入栈中。搜索到节点u=6时，DFN[6]=LOW[6]，找到了一个强连通分量。退栈到u=v为止，{6}为一个强连通分量。

返回节点5，发现DFN[5]=LOW[5]，退栈后{5}为一个强连通分量。

返回节点3，继续搜索到节点4，把4加入堆栈。发现节点4向节点1有后向边，节点1还在栈中，所以LOW[4]=1。节点6已经出栈，(4,6)是横叉边，返回3，(3,4)为树枝边，所以LOW[3]=LOW[4]=1。

继续回到节点1，最后访问节点2。访问边(2,4)，4还在栈中，所以LOW[2]=DFN[4]=5。返回1后，发现DFN[1]=LOW[1]，把栈中节点全部取出，组成一个连通分量{1,3,4,2}。

P1407 [国家集训队]稳定婚姻

此题需要用到一个map，就是类似于此。

map<string,int> a;、
for(int i=1;i<=n;i++)
    {
        string x,y;
        cin>>x>>y;
        a[x]=++tot;a[y]=++tot;
    }

因为需要存图，我在这里用的vector的邻接表，详细请看第三关。

这道题主要用到的就是targan算法，具体看代码，当然也有其他方法可以用

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int n,m,d[20009],tot,cnt,l[20009];
bool v[20009];
vector<int> f[8005];
map<string,int> a;
stack<int> s;
void tarjan(int x)
{
    d[x]=l[x]=++cnt;
    v[x]=true;
    s.push(x);
    for(int i=0;i<f[x].size();++i)
    {
        int o=f[x][i];
        if(!d[o])
        {
            tarjan(o);
            l[x] =min(l[x], l[o]);
        }
        else if(v[o])l[x]=min(l[x],d[o]);
    }
    if(d[x]==l[x])
    {
        v[x]=false;
        while(s.top()!=x)
        {
            v[s.top()]=false;
            s.pop();
        }
    }
}
int main()
{
    scanf("%d",&n);
    for(int i=1;i<=n;i++)
    {
        string x,y;
        cin>>x>>y;
        a[x]=++tot;a[y]=++tot;
        f[a[x]].push_back(a[y]);
    }
    scanf("%d",&m);
    for(int i=1;i<=m;i++)
    {
        string x,y;
        cin>>x>>y;
        f[a[y]].push_back(a[x]);
    }
    cnt = 0;
    for(int i=1;i<=n*2;i++)
    if(!d[i])
    tarjan(i);
    cnt=0;
    for(int i=1;i<=n;i++)
    {
        if(l[++cnt]==l[++cnt])
        printf("Unsafe\n");
        else
        printf("Safe\n");
    }
    return 0;
 }

  • Kosaraju算法

基于对有向图及其逆图两次DFS的方法Kosaraju算法可能会稍微更直观一些。但是Tarjan只用对原图进行一次DFS，不用建立逆图，更简洁。在实际的测试中，Tarjan算法的运行效率也比Kosaraju算法高30%左右。

算法流程：

  • 先用对原图G进行深搜生成树
  • 然后任选一棵树对其进行深搜(注意这次深搜节点A能往子节点B走的要求是EAB存在于反图GT)
  • 能遍历到的顶点就是一个强连通分量
  • 余下部分和原来的树一起组成一个新的树
  • 直到没有顶点为止。

首先了解kosarajuo法，要想了解逆图

逆图(Tranpose Graph ):

我们对逆图定义如下：

GT=(V, ET)，ET={(u, v):(v, u)∈E}}

以下为网上找的算法演示流程：

上图是对图G,进行一遍DFS的结果，每个节点有两个时间戳，即节点的发现时间u.d和完成时间u.f

我们将完成时间较大的，按大小加入堆栈

1)每次从栈顶取出元素

2)检查是否被访问过

3)若没被访问过，以该点为起点，对逆图进行深度优先遍历

4)否则返回第一步，直到栈空为止

对逆图搜索时，从一个节点开始能搜索到的最大区块就是该点所在的强连通分量。

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int maxn=1e6+5;
struct edge{
    int to,next;
}edge1[maxn],edge2[maxn];
//edge1是原图，edge2是逆图
int head1[maxn],head2[maxn];
bool mark1[maxn],mark2[maxn];
int tot1,tot2;
int cnt1,cnt2;
int st[maxn];//对原图进行dfs，点的结束顺序从小到大排列。
int belong[maxn];//每个点属于哪个联通分量
int num;//每个联通分量的个数
int setnum[maxn];//每个联通分量中点的个数

void addedge(int u,int v){
    edge1[tot1].to=v;edge1[tot1].next=head1[u];head1[u]=tot1++;
    edge2[tot2].to=u;edge2[tot2].next=head2[v];head2[v]=tot2++;
}
void dfs1(int u){
    mark1[u]=true;
    for(int i=head1[u];i!=-1;i=edge1[i].next)
        if(!mark1[edge1[i].to])
            dfs1(edge1[i].to);
    st[cnt1++]=u;
}
void dfs2(int u){
    mark2[u]=true;
    num++;
    belong[u]=cnt2;

    for(int i=head2[u];i!=-1;i=edge2[i].next)
        if(!mark2[edge2[i].to])
            dfs2(edge2[i].to);
}
void solve(int n){//点编号从1开始
    memset(mark1,false,sizeof(mark1));
    memset(mark2,false,sizeof(mark2));
    cnt1=cnt2=0;
    for(int i=1;i<=n;i++)
        if(!mark1[i])
            dfs1(i);

    for(int i=cnt1-1;i>=0;i--)
        if(!mark2[st[i]]){
            num=0;
            dfs2(st[i]);
            setnum[cnt2++]=num;
        }
}
int main(){
    int n,m;
    cin>>n>>m;
    for(int i=1;i<=m;i++){
        int s,d;
        cin>>s>>d;
        addedge(s,d);
    }
    solve(1);
    return 0;
}

P2002 消息扩散

其实kosaraju的复杂度和空间都要费的多一些

  1. 有自环
  2. 缩点，然后找入度为0的强连通分量个数就好了。对此，需要用mp1和mp2数组记录每条边连接的点最后遍历一遍所有的边
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int maxn=1e5+5;
const int maxx=5e5+5;
vector<int>g[maxn],g2[maxn],st;
bool vis[maxn];
int k,cmp[maxn],mp1[maxx],mp2[maxx],cnt,du[maxn];
int n,m;
void dfs(int x){
    vis[x]=1;
    for(int i=0;i<g[x].size();++i){
        int s=g[x][i];
        if(!vis[s]){
            dfs(s);
        }
    }
    st.push_back(x);
}
void dfs2(int x,int k){
    cmp[x]=k;
    vis[x]=1;
    for(int i=0;i<g2[x].size();++i){
        int s=g2[x][i];
        if(!vis[s]){
            dfs2(s,k);
        }
    }
}
void init(){
    for(int i=1;i<=n;i++){
        if(!vis[i]) dfs(i);
    }
    for(int i=1;i<=n;i++){
        vis[i]=0;
    }
    for(int i=st.size()-1;i>=0;i--){
        if(!vis[st[i]]){
            k++;
            dfs2(st[i],k);
        }
    }
}
int main(){
    scanf("%d%d",&n,&m);
    for(int i=1;i<=m;++i){
        int p1,p2;
        scanf("%d%d",&p1,&p2);
        cnt++;
        mp1[cnt]=p1;mp2[cnt]=p2;
        g[p1].push_back(p2);
        g2[p2].push_back(p1);
    }
    init();
    for(int i=1;i<=cnt;i++){
        int p1=mp1[i],p2=mp2[i];
        if(cmp[p1]!=cmp[p2]){
        //  g[cmp[p1]].push_back(cmp[p2]);
            du[cmp[p2]]++;
        }
    }
    int ans=0;
    for(int i=1;i<=k;i++){
        if(!du[i]) ans++;
    }
    printf("%d\n",ans);
    return 0;
}                  

  • 缩点

定义：将有向图中的强连通分量缩成一个点。

在Targan算法与Kosaraju算法中有所体现

P2194 HXY烧情侣

这是一道Targan加缩点的题

vector数组记录每个联通块里的每一个点

最小汽油费即为每个联通块里最小点权

方案数即为每个联通块里最小点权的点数之积（乘法原理）%1e9+7

#include<bits/stdc++.h>
#define N 501010
using namespace std;
int n,head[N],tot,w[N],m,ans1,ans2=1;
struct node {
    int to,next;
} e[N];
void add(int u,int v)
{
    e[++tot].to=v,e[tot].next=head[u],head[u]=tot;
}
const int mod=1e9+7;
int dfn[N],low[N],item,b[N],a[N],cnt;
bool vis[N];
stack<int>S;
vector<int>g[N];
void tarjan(int u){
    dfn[u]=low[u]=++item;
    S.push(u);vis[u]=1;
    for(int i=head[u];i;i=e[i].next){
        int v=e[i].to;
        if(!dfn[v]){
            tarjan(v);
            low[u]=min(low[u],low[v]);
        }else if(vis[v]) low[u]=min(low[u],dfn[v]);
    }
    if(low[u]==dfn[u]){
        int v=u;++cnt;
        do{
            v=S.top();S.pop();
            vis[v]=0;b[v]=cnt;a[cnt]++;
            g[cnt].push_back(v);
        }while(v!=u);
    }
}
int main()
{
    scanf("%d",&n);
    for(int i=1;i<=n;i++)
    scanf("%d",&w[i]);
    scanf("%d",&m);
    for(int a,b,i=1;i<=m;i++)
    {
        scanf("%d%d",&a,&b);
        add(a,b);
    }
    for(int i=1;i<=n;i++)
    if(!dfn[i])
    tarjan(i);
    for(int i=1;i<=cnt;i++){
        int tpt=g[i].size(),sby=0,mi=mod;
        for(int j=0;j<tpt;j++){
            if(w[g[i][j]]<mi){
                mi=w[g[i][j]];
                sby=1;
            }else if(mi==w[g[i][j]]) ++sby;
        }
        ans1+=mi;
        ans2=(ans2%mod*sby%mod)%mod;
    }
    printf("%d %d",ans1,ans2);
    return 0;
}

21:37:37 我们也学会慢慢地慢慢地推卸，我们也有过一次又一次的越界

热烈祝贺我的寒假开始！！！

原文地址：https://www.cnblogs.com/wybxz/p/12221947.html

时间： 2024-11-05 17:26:52

第四关——图论：强连通分量的相关文章

图论-强连通分量-Tarjan算法

有关概念: 如果图中两个结点可以相互通达,则称两个结点强连通. 如果有向图G的每两个结点都强连通,称G是一个强连通图. 有向图的极大强连通子图(没有被其他强连通子图包含),称为强连通分量.(这个定义在百科上和别的大神的博客中不太一样,暂且采用百科上的定义) Tarjan算法的功能就是求有向图中的强连通分量 思路: 定义DFNi存放访问到i结点的次序(时间戳),Lowi存放i结点及向i下方深搜到的结点中能追溯到的访问次序最小的结点的访问次序(即这些结点回溯上去能找到的最小的DFN值),找到未被访问

『图论』有向图强连通分量的Tarjan算法

在图论中,一个有向图被成为是强连通的(strongly connected)当且仅当每一对不相同结点u和v间既存在从u到v的路径也存在从v到u的路径.有向图的极大强连通子图(这里指点数极大)被称为强连通分量(strongly connected component). 比如说这个有向图中,点\(1,2,4,5,6,7,8\)和相应边组成的子图就是一个强连通分量,另外点\(3,9\)单独构成强连通分量. Tarjan算法是由Robert Tarjan提出的用于寻找有向图的强连通分量的算法.它可以在

图论--有向图强连通分量的标记及缩点模板

有向图中在若两点之间可以互相到达,则称这两点强连通,如果一个点集内的所有点都可以互相到达,那么这个点集就是图的一个强连通分量,而我们需要找出有向图中的所有极大强连通分量,于是就用Tarjan算法进行强连通,并将一个连通块缩成一个点,这样就可以形成了一张有向无环图,对解题会很有帮助. 找强连通分量的方法就是 dfs 寻找某个点以及它的后继节点能够到达的最远祖先节点,如果这个最远祖先节点就是进入 dfs 的点,说明所有搜到的后继节点都是在这个强连通分量中,就依次将他们标记为同一个强连通分量. hea

图论$\cdot$强连通分量

和无向图的连通分量类似,有向图有“强连通分量”的说法.“相互可达”的关系在有向图中也是等价关系.每一个集合称为有向图的一个强连通分量(scc).如果把一个集合看成一个点,那么所有的scc构成了一个scc图.这个scc图不会存在任何有向环,因此是一个DAG.求解有向图强连通分量的算法一般都是基于dfs的,常用的算法有Kosaraju算法和Tarjan算法,下面给出Tarjan算法的代码: 1 vector<int> G[maxn]; 2 int pre[maxn], low_link[maxn]

[图论] 有向图强连通分量 （kosaraju算法，Tarjan算法)

记录自己的想法:在有向图中,如果一些顶点中任意两个顶点都能互相到达(间接或直接),那么这些顶点就构成了一个强连通分量,如果一个顶点没有出度,即它不能到达其他任何顶点,那么该顶点自己就是一个强连通分量.在用kosaraju算法和Tarjan算法求强连通分量的时候,就是给所有的顶点分组染色,同一种颜色的顶点在同一个强连通分量中,记录有多少种颜色(有多少个强联通分量),每个顶点属于哪种颜色(每个顶点在哪个强连通分量重).在同一个强连通分量中的所有顶点可以缩为一个顶点,然后根据缩点构造DAG(有向无环图

图论算法（6） --- Tarjan算法求强连通分量

注:此算法以有向图作为输入,并按照所在的强连通分量给出其顶点集的一个划分.graph中的每个节点只在一个强连通分量里出现,即使是单点. 任选一点开始进行深度优先搜索(若dfs结束后仍有未访问的节点,则再从中任选一点再从进行).搜索过程中已访问的节点不再访问.搜索树的若干子树构成了图的强连通分量. 节点按照被访问的顺序存入栈中.从搜索树的子树返回至一个节点时,检查该节点是否是某一连通分量的根节点,并将其从栈中删除.如果某节点是强连通分量的根,则在它之前出栈且还不属于其他强连通分量的节点构成了该节点

图论算法之（强连通分量&lt;Kosaraju&gt;）

强连通分量算法有3个之多,现在介绍这种名字叫做kosaraju算法. 这个算法基于两个事实,1.原图G与逆置图GT拥有相同的强连通分量,这肯定是正确的 2.任意一个子节点存放皆后于父节点,也就是说所有只有当所有子节点都入栈了,父节点才入栈 这种在递归调用之后将顶点入队列的方式叫逆后续排序(reverse post),在无环图中这种排序方式就是拓扑排序. 简要证明: 1. 第一次DFS有向图G时,最后记录下的节点必为最后一棵生成树的根节点. 证明:假设最后记录下节点不是树根,则必存在一节点为树根,

图论算法（6）（更新版） --- Tarjan算法求强连通分量

之前Tarjan算法求强连通分量博文中,代码实现用到了固定大小数组,扩展起来似乎并不是很方便,在java里这样来实现本身就是不太妥当的,所以下面给出一个更新版本的代码实现: package test; import java.util.ArrayList; import java.util.HashMap; import java.util.Iterator; import java.util.LinkedList; import java.util.List; import java.util

【图论】强连通分量

这里给出一个dalao炒鸡详细的解释: https://www.cnblogs.com/stxy-ferryman/p/7779347.html#4073877 Tarjan算法 void Tarjan(int u) { dfn[u]=low[u]=++num; st[++top]=u;//入栈 vis[u]=1;//判断是否在栈中 for(int i=h[u];i;i=e[i].next) { int v=e[i].to; if(!dfn[v]) { Tarjan(v); low[u]=min