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  • 无向图的割顶和桥的性质 以及双连通分量的求解算法

    割顶:对于无向图G,如果删除某个点u后,连通分量的数目增加, 称u为图的割顶。对于连通图,割顶就是删除之后使图不再连通的点。

    割顶的求解依如下定理:

      在无向连通图G的DFS树中,非根结点u是G的割顶当且仅当u存在一个子节点v,使得v及其所有后代都没有反向边连回u的祖先(连回u)不算。

    算法实现:

      采用时间戳,在dfs遍历的过程中给每个节点u均标记以前序时间戳pre[u],设low[u]为u及其后代所能连回的最早的祖先的pre值,则定理中的条件就可以简写成结点u存在一个子结点v,使得 low[v] >= pre[u]

      作为一种特殊情况,如果v的后代只能连回v自己,即 low[v] > pre[u] ,只需要删除边(u, v) 就可以让G非连通了,满足这个条件的边称为桥。换句话说,我们不仅知道结点u是割顶,还知道了(u, v)是桥。

    双连通分量:

      对于一个连通图,如果任意两点至少存在两条点不重复的路径,则说这个图是点-双连通的。即任意两条边都在同一个简单环内

      如果任意两点至少存在两条边不重复的路径,则说这个图是边-双连通的。即每条边都至少在一个简单环中

      对于一张无向图,点-双连通的极大子图称为双连通分量(BCC)。

    性质:

      1.每条边恰好属于一个双连通分量。

      2.不同双连通分量最多只有一个公共点,且它一定是割顶。

      3.任意割顶都是至少两个不同双连通分量的公共点。

      4.桥不属于任何边-双连通分量,除了桥的每条边恰好属于一个边-双连通分量。

    计算点-双连通分量的算法:

     1 int n;
     2 int pre[maxn], bccno[maxn], iscut[maxn], dfs_clock, bcc_cnt;
     3 vector<int> G[maxn], bcc[maxn];
     4 
     5 struct Edge{
     6     int u, v;
     7     Edge(int uu, int vv): u(uu), v(vv) {}
     8 };
     9 
    10 stack<Edge> S;
    11 
    12 int dfs(int u, int fa) {
    13     int lowu = pre[u] = ++dfs_clock;  //时间戳
    14     int child = 0;            //子结点数目
    15     for(int i = 0; i < G[u].size(); i++) {
    16         int v = G[u][i];
    17         Edge e = Edge(u, v);
    18         if(!pre[v]) {          //没有访问过v
    19             child++;
    20             S.push(e);
    21             int lowv = dfs(v, u);
    22             lowu = min(lowu, lowv);
    23             if(lowv >= pre[u]) {
    24                 iscut[u] = 1;
    25                 bcc[++bcc_cnt].clear();
    26                 for(;;) {
    27                     Edge x = S.top(); S.pop();
    28                     if(bccno[x.u] != bcc_cnt) {bcc[bcc_cnt].push_back(x.u); bccno[x.u] = bcc_cnt;}
    29                     if(bccno[x.v] != bcc_cnt) {bcc[bcc_cnt].push_back(x.v); bccno[x.v] = bcc_cnt;}
    30                     if(x.u == u && x.v == v) break;
    31                 }
    32             }
    33         }
    34         else if(pre[v] < pre[u] && v != fa) {
    35             child++;
    36             S.push(e);
    37             lowu = min(lowu, pre[v]);
    38         }
    39     }
    40     if(fa < 0 && child == 1) iscut[u] = 0;
    41     return lowu;
    42 }
    43 
    44 void find_bcc() {
    45     memset(pre, 0, sizeof pre);
    46     memset(bccno, 0, sizeof bccno);
    47     memset(iscut, 0, sizeof iscut);
    48     dfs_clock = bcc_cnt = 0;
    49     for(int u = 0; u < n; u++) if(pre[u] == 0) dfs(u, -1);
    50 }
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