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  • 深度优先搜索检测有向图有无环路算法

    给定有向图 G = (V, E),需要判断该图中是否存在环路(Cycle)。例如,下面的图 G 中包含 4 个顶点和 6 条边。

    实际上,上图中存在 3 个环路:0->2->0, 0->1->2->0, 3->3。

    深度优先搜索(DFS:Depth-First Search)可以用于检测图中是否存在环。DFS 会对一个连通的图构造一颗树,如果在构造树的过程中出现反向边(Back Edge),则认为图中存在环路。

    对于非连通图,可以对图中的不同部分分别进行 DFS 构造树结构,对于每棵树分别检测反向边的存在。

    在 DFS 对图进行遍历时,将遍历过的顶点放入递归栈中,如果新遍历的顶点已经存在于递归栈中,则说明存在一个反向边,即存在一个环。

      1 using System;
      2 using System.Collections.Generic;
      3 using System.Linq;
      4 
      5 namespace GraphAlgorithmTesting
      6 {
      7   class Program
      8   {
      9     static void Main(string[] args)
     10     {
     11       Graph g = new Graph(6);
     12       g.AddEdge(0, 1, 16);
     13       g.AddEdge(0, 2, 13);
     14       g.AddEdge(1, 2, 10);
     15       g.AddEdge(1, 3, 12);
     16       g.AddEdge(2, 1, 4);
     17       g.AddEdge(2, 4, 14);
     18       //g.AddEdge(3, 2, 9);
     19       g.AddEdge(3, 5, 20);
     20       //g.AddEdge(4, 3, 7);
     21       //g.AddEdge(4, 5, 4);
     22 
     23       Console.WriteLine();
     24       Console.WriteLine("Graph Vertex Count : {0}", g.VertexCount);
     25       Console.WriteLine("Graph Edge Count : {0}", g.EdgeCount);
     26       Console.WriteLine();
     27 
     28       Console.WriteLine("Is there cycle in graph: {0}", g.HasCycle());
     29 
     30       Console.ReadKey();
     31     }
     32 
     33     class Edge
     34     {
     35       public Edge(int begin, int end, int weight)
     36       {
     37         this.Begin = begin;
     38         this.End = end;
     39         this.Weight = weight;
     40       }
     41 
     42       public int Begin { get; private set; }
     43       public int End { get; private set; }
     44       public int Weight { get; private set; }
     45 
     46       public override string ToString()
     47       {
     48         return string.Format(
     49           "Begin[{0}], End[{1}], Weight[{2}]",
     50           Begin, End, Weight);
     51       }
     52     }
     53 
     54     class Graph
     55     {
     56       private Dictionary<int, List<Edge>> _adjacentEdges
     57         = new Dictionary<int, List<Edge>>();
     58 
     59       public Graph(int vertexCount)
     60       {
     61         this.VertexCount = vertexCount;
     62       }
     63 
     64       public int VertexCount { get; private set; }
     65 
     66       public IEnumerable<int> Vertices { get { return _adjacentEdges.Keys; } }
     67 
     68       public IEnumerable<Edge> Edges
     69       {
     70         get { return _adjacentEdges.Values.SelectMany(e => e); }
     71       }
     72 
     73       public int EdgeCount { get { return this.Edges.Count(); } }
     74 
     75       public void AddEdge(int begin, int end, int weight)
     76       {
     77         if (!_adjacentEdges.ContainsKey(begin))
     78         {
     79           var edges = new List<Edge>();
     80           _adjacentEdges.Add(begin, edges);
     81         }
     82 
     83         _adjacentEdges[begin].Add(new Edge(begin, end, weight));
     84       }
     85 
     86       public bool HasCycle()
     87       {
     88         // mark all the vertices as not visited 
     89         // and not part of recursion stack
     90         bool[] visited = new bool[VertexCount];
     91         bool[] recursionStack = new bool[VertexCount];
     92         for (int i = 0; i < VertexCount; i++)
     93         {
     94           visited[i] = false;
     95           recursionStack[i] = false;
     96         }
     97 
     98         // call the recursive helper function to 
     99         // detect cycle in different DFS trees
    100         for (int i = 0; i < VertexCount; i++)
    101           if (CheckCyclic(i, visited, recursionStack))
    102             return true;
    103 
    104         return false;
    105       }
    106 
    107       private bool CheckCyclic(int v, bool[] visited, bool[] recursionStack)
    108       {
    109         if (!visited[v])
    110         {
    111           // mark the current node as visited 
    112           // and part of recursion stack
    113           visited[v] = true;
    114           recursionStack[v] = true;
    115 
    116           // recur for all the vertices adjacent to this vertex
    117           if (_adjacentEdges.ContainsKey(v))
    118           {
    119             foreach (var edge in _adjacentEdges[v])
    120             {
    121               if (!visited[edge.End]
    122                 && CheckCyclic(edge.End, visited, recursionStack))
    123                 return true;
    124               else if (recursionStack[edge.End])
    125                 return true;
    126             }
    127           }
    128         }
    129 
    130         // remove the vertex from recursion stack
    131         recursionStack[v] = false;
    132 
    133         return false;
    134       }
    135     }
    136   }
    137 }

    本篇文章《DFS 检测有向图有无环算法》由 Dennis Gao 发表自博客园,未经作者本人同意禁止任何形式的转载,任何自动或人为的爬虫转载行为均为耍流氓。

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/gaochundong/p/dfs_detect_cycle_in_a_directed_graph.html
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