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  • 培训补坑(day2:割点与桥+强联通分量)

    补坑ing...

    好吧,这是第二天。

    这一天我们主要围绕的就是一个人:tarjan。。。。。。创造的强联通分量算法

    对于这一天的内容我不按照顺序来讲,我们先讲一讲强联通分量,然后再讲割点与桥会便于理解

    首先是强联通分量。。

    所谓强联通分量即在一个集合中,所有的点都能互通,那么我们就称这一整个集合是一个强联通分量

    那么我们怎么求一张图中有几个强联通分量呢?

    首先我们要了解tarjan算法中最重要的2个数组(dfn数组:表示该点第一次出现在DFS序列中的时刻;low数组:表示该点所能追溯到的编号最小的节点(或者称为一个点能够到达的编号最小的节点,并且这2个节点互通(在有向图中)))

    不废话,上图:

    首先我们从任意一点开始dfs,直到走到底(出度为0)

    如图我们发现6的出度为0,此时它的low数组与dfn数组相同,我们将他出队,并把它本身标记为一个强联通分量。

    我们回到5,发现5和6的情况一样,自己就是一个强联通分量,然后5出队

    然后我们继续从3号节点往下搜,发现搜到4号节点,4号节点又追溯到1号节点,发现一号节点已经访问过了,我们更新4的low数组,并将low数组回传。

    然后我们从1号节点接着搜,搜到2号节点,2号节点又搜到了4号节点,而且4号节点又访问过了,所以我们认为1 2 3 4这是一个强联通分量,我们把所有low值为1的点都出队,发现队伍都空了,tarjan算法结束。

    下面附上tarjan求强联通分量的代码

    #include<cstdio> 
    inline int read() 
    { 
        int x=0;char c; 
        while((c=getchar())<'0'||c>'9'); 
        for(;c>='0'&&c<='9';c=getchar())x=x*10+c-'0'; 
        return x; 
    } 
    #define MN 10000 
    #define MM 50000 
    struct edge{int nx,t;}e[MM+5]; 
    int h[MN+5],en,d[MN+5],l[MN+5],cnt,z[MN+5],zn,inz[MN+5],K; 
    inline void ins(int x,int y){e[++en]=(edge){h[x],y};h[x]=en;} 
    void tj(int x) 
    { 
        d[x]=l[x]=++cnt;inz[z[zn++]=x]=1; 
        for(int i=h[x];i;i=e[i].nx) 
        { 
            if(!d[e[i].t])tj(e[i].t); 
            if(inz[e[i].t]&&l[e[i].t]<l[x])l[x]=l[e[i].t]; 
        } 
        if(d[x]==l[x])for(++K;z[zn]!=x;)inz[z[--zn]]=0; 
    } 
    int main() 
    { 
        int n,m,i; 
        n=read();m=read(); 
        while(m--)i=read(),ins(i,read()); 
        for(i=1;i<=n;++i)if(!d[i])tj(i); 
        printf("%d",K); 
    }

    不过提醒一下:本算法的退队是有问题的,如果出现多组数据需要将stack数组清0,或者在退队过程中把stack清0,具体原因如下:

    假如我们上一次昨晚后的stack数组是这样的:

    然后我们下一次继续做的时候,假如我们找到一个强联通分量,为1 2 3 4,进行退队操作:

    (画图丑,不要介意)

    那么我们会发现根本就不能退队,因为本来我们认为是空的地方的low和第一个点的low数组是一样的!所以就会出错!

    ————————————————我是分割线————————————————

    那么我们已经讲完了强联通分量,回头来看看割点与桥:

    我们先简单了解一下割点与桥的定义:

    割点:假如这个点不存在整个有向图会变成2半

    桥:假如不存在这条边,整个有向图会变成2半。

    我们再把上面那张图搬出来:

    在这张图中,割点有这几个:5,3,但是没有桥(尴尬了)

    我们先看看割点的性质,显然割点后面的点的low数组都比割点的low数组大!对!就是这个性质!但是是不是除此之外就没有割点了呢?不是!在下一张图中我们会发现有满足这个性质但同样是割点的点。

    所以我们只需要在tarjan算法的同时,在dfs中添加判断即可,但是注意,不要在整个dfs结束之后再来判断,因为我们有可能回溯到low数组比当前点小的点,不过我们不用考虑这些点,只要考虑之后的点就好了。

    然后我们来看看下面这张图

    这张图中红色的边就是一条桥,那么我们是否又发现了什么性质呢?是的,桥的终点的dfn数组等于low数组。因为如果5能够回溯到4以前的节点那么它就不是一条桥了。

    来补一下割点的坑,在下一张图中,此时我们会发现,根节点也是一个割点,但是它并不满足上述割点的性质,所以,割点还有一个判断条件就是它是dfs树的根节点而且它有两棵以上的子树。

    下面附上割点与桥的代码QAQ

    #include<cstdio>
    #define MN 500005
    #define min(a,b) ((a)<(b)?(a):(b))
    using namespace std;
    int x,y,n,m,num=1,tot=0,dfsn;
    int head[MN],low[MN],dfn[MN];
    bool gedian[MN];
    bool qiao[MN];
    struct edge{
        int to,next;
    }g[MN*2];
    void ins(int u,int v){g[++num].next=head[u];head[u]=num;g[num].to=v;}
    void tarjan(int u,int fa){
        low[u]=dfn[u]=++dfsn;
        int tmp=0;
        for(int i=head[u];i;i=g[i].next)
            if(g[i].to!=fa)
                if(!dfn[g[i].to]){
                    tarjan(g[i].to,u);
                    low[u]=min(low[u],low[g[i].to]);
                    tmp++;
                    if (low[g[i].to]>=dfn[u]) gedian[u]=true;
                    if(low[g[i].to]==dfn[g[i].to])qiao[i>>1]=true;
                }
                else low[u]=min(low[u],dfn[g[i].to]);
        if(fa==-1&&tmp<=1)gedian[u]=false;
    }
    int main(){
        scanf("%d%d",&n,&m);
        for(int i=1;i<=m;i++)scanf("%d%d",&x,&y),ins(x,y),ins(y,x);
        for(int i=1;i<=n;i++)
        if(!dfn[i])tarjan(i,-1);
        for(int i=1;i<=n;i++)if(gedian[i])printf("%d ",i);
        printf("
    ");
        for(int i=1;i<=m;i++)if(qiao[i])printf("%d ",i);
        printf("
    ");
    }
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