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  • Tarjan算法 学习笔记

    前排提示:先学习拓扑排序,再学习Tarjan有奇效。

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    Tarjan算法一般用于有向图里强连通分量的缩点。

    强连通分量:有向图里能够互相到达的点的集合。(大概是这么个意思,自己意会)

    因为能够互相到达,所以宏观上我们可以把它们看成一个点,边权也相应的加起来即可。

    下面是Tarjan过程的代码解释:

    我们开两个数组,分别为dfn[]和low[]。dfn表示此点的时间戳,low表示最早的时间戳。(即进入某一个环最早的时间戳)

    遇到一个没有记录过的点,就把它扔到栈里,不停dfs,直到dfn[]==low[],即某一个环已经遍历完了,我们就弹栈,将这一个环合并。

    代码如下:

    void tarjan(int now)
    {
        dfn[now]=low[now]=++cnt;
        st[++top]=now;
        vis[now]=1;
        for (int i=head[now];i;i=edge[i].next)
        {
            int to=edge[i].to;
            if (!dfn[to]) tarjan(to),low[now]=min(low[now],low[to]);
            else if (vis[to]) low[now]=min(low[now],dfn[to]);
        }
        if (dfn[now]==low[now])
        {
            tot++;
            while(st[top+1]!=now)
            {
                pos[st[top]]=tot;
                sum[tot]+=val[st[top]];
                vis[st[top--]]=0;
            }
        }
    }

    配合拓扑排序,一张新的有向无环图就构造了出来。

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    【模板】 缩点

    给定一个含有n个点m条边的有向图每个点有一个权值,求一条路径,使路径经过的点权值之和最大。你只需要求出这个权值和。

    允许多次经过一条边或者一个点,但是,重复经过的点,权值只计算一次。

    第一行两个整数,为$n$,$m$。

    第二行到第$m+1$行有每行有3个整数,分别为$u,v,d$,表示$u ightarrow v$有一条长度为$d$的边。

    输出格式:一行结果。

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    Tarjan模板题,只不过加了一点小DP,记忆化搜索即可。注意的地方就是拓扑排序后的重新建图。

    #include<bits/stdc++.h>
    using namespace std;
    const int maxn=200005;
    int cnt,dfn[maxn],vis[maxn],low[maxn];
    int f[maxn],sum[maxn],ans;
    int jishu,head[500005];
    int top,st[maxn],pos[maxn],tot;
    int n,m,x[maxn],y[maxn],val[maxn];
    struct node
    {
        int next,to;
    }edge[500005];
    inline int read()
    {
        int x=0,f=1;char ch=getchar();
        while(!isdigit(ch)){if (ch=='-') f=-1;ch=getchar();}
        while(isdigit(ch)){x=x*10+ch-'0';ch=getchar();}
        return x*f;
    }
    inline void add(int from,int to)
    {
        edge[++jishu].next=head[from];
        edge[jishu].to=to;
        head[from]=jishu;
    }
    void tarjan(int now)
    {
        dfn[now]=low[now]=++cnt;
        st[++top]=now;
        vis[now]=1;
        for (int i=head[now];i;i=edge[i].next)
        {
            int to=edge[i].to;
            if (!dfn[to]) tarjan(to),low[now]=min(low[now],low[to]);
            else if (vis[to]) low[now]=min(low[now],dfn[to]);
        }
        if (dfn[now]==low[now])
        {
            tot++;
            while(st[top+1]!=now)
            {
                pos[st[top]]=tot;
                sum[tot]+=val[st[top]];
                vis[st[top--]]=0;
            }
        }
    }
    void search(int x)
    {
        if (f[x]) return;
        f[x]=sum[x];
        int maxx=0;
        for (int i=head[x];i;i=edge[i].next)
        {
            int to=edge[i].to;
            if (!f[to]) search(to);
            maxx=max(maxx,f[to]);
        }
        f[x]+=maxx;
    }
    void clear()
    {
        jishu=0;
        memset(edge,0,sizeof(edge));
        memset(head,0,sizeof(head));
    }
    int main()
    {
        n=read(),m=read();
        for (int i=1;i<=n;i++) val[i]=read();
        for (int i=1;i<=m;i++)
        {
            x[i]=read(),y[i]=read();
            add(x[i],y[i]);
        }
        for (int i=1;i<=n;i++) if (!dfn[i]) tarjan(i);
        clear();
        for (int i=1;i<=m;i++) if (pos[x[i]]!=pos[y[i]]) add(pos[x[i]],pos[y[i]]);
        for (int i=1;i<=n;i++) search(i),ans=max(ans,f[i]);
        printf("%d
    ",ans);
        return 0;
    }

    另,如果是无向图缩点,一定要加上这句话:

    if (edge[i].to==fa) continue;

    【模板】割点

    给定一个含有n个点m条边的无向图,求图的割点。

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    割点是指去掉这个点整个图便不连通的点。

    我们可以同样用Tarjan算法,建立一颗搜索树。

    如果此点为根节点,则判断是否有>=2棵子树。如果存在,那么此点为割点。

    对于非根节点,如果low[v]>=dfn[u]($u ightarrow v$)那么u点为割点(因为从u点开始无论怎么走都不可能回到原来的点了)。

    思路还是比较清晰的,直接放代码:

    #include<bits/stdc++.h>
    using namespace std;
    const int maxn=200005;
    int head[500005],jishu;
    int dfn[maxn],low[maxn],cnt;
    int n,m,ans;
    bool cut[maxn];
    struct node
    {
        int next,to;
    }edge[500005];
    inline int read()
    {
        int x=0,f=1;char ch=getchar();
        while(!isdigit(ch)){if(ch=='-') f=-1;ch=getchar();}
        while(isdigit(ch)){x=x*10+ch-'0';ch=getchar();}
        return x*f;
    }
    inline void add(int from,int to)
    {
        edge[++jishu].next=head[from];
        edge[jishu].to=to;
        head[from]=jishu;
    }
    void tarjan(int now,int fa)
    {
        dfn[now]=low[now]=++cnt;
        int child=0;
        for (int i=head[now];i;i=edge[i].next)
        {
            int to=edge[i].to;
            if (!dfn[to]){
                tarjan(to,fa);
                low[now]=min(low[now],low[to]);
                if (low[to]>=dfn[now]&&now!=fa) cut[now]=1;
                if (now==fa) child++;
            }
            low[now]=min(low[now],dfn[to]);
        }
        if (child>=2&&now==fa) cut[now]=1;
    }
    int main()
    {
        n=read(),m=read();
        for (int i=1;i<=m;i++)
        {
            int u=read(),v=read();
            add(u,v);add(v,u);
        }
        for (int i=1;i<=n;i++) if (!dfn[i]) tarjan(i,i);
        for (int i=1;i<=n;i++) if (cut[i]) ans++;
        printf("%d
    ",ans);
        for (int i=1;i<=n;i++) if (cut[i]) printf("%d ",i);
        return 0;
    }
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