poj 3352 Road Construction

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双连通分量

题意：比较裸的题意，就是给一个无向图，问添加多少条边后能使整个图变成双连通分量

分析：建议先学了双连通分量的相关知识，因为这题是算是个模板题（我自己写了模板，过了这题，但是还没有充分测试），如果没学好相关知识即便这个模板题也不好懂

双连通分量分为【点双连通分量，边双连通分量】，这题是个边双连通分量，就是要求出整个图的边双连通分量，然后缩点，然后找出缩点后每个点的度，度为1的点其实是树叶，答案就是(leaf+1)/2去上整，为什么是这个答案，网上的解释是，每次找到两个叶子他们的最近公共祖先最远，然后给这两个叶子连一条边，然后依次找出这样的点，所以是(leaf+1)/2

现在为问题就是1.怎么缩点。2.怎么统计缩点后的度

 ////////////  注意一点  ///////////////////

这题的题意是保证了图是连通的，所以才有上面的计算公式，所以只要dfs一次，如果图不连通，可能要dfs多次，并且不是上面的计算公式(leaf+1)/2

两种做法：

1.简化tarjan，在边双连通分量中，每个点low[u]其实已经记录是这个点u是属于哪个边双连通分量了，low[u] = low[v] ，那么点u和点v在一个边双连通分量中，所以我们可以不用急着找什么连通分量，我们先运行一次dfs，把那个顶点的low都计算出来，然后我们查看原图的每一条边（u，v），看看原图的两个点u，v是不是属于不同的连通分量，是的话，缩点后它们之间就有一条边，那么就要统计它们的度。统计完后就可以知道哪些是叶子了

2.上面的做法，是在dfs后再处理边双连通分量的，可以一边dfs，一边就找到边双连通分量呢？是可以，这个方法才是要讲的重点

首先有几个知识点

先搞清楚，树边，后向边，前向边，横叉边是什么，维基百科有讲解

对原图缩点后，变成了一棵无根树，树的边是什么?其实就是原图的桥，所以，我们可以在dfs过程中把所有的桥保存下来，放在一个表中，然后dfs完后，直接去查看那个表，桥的两端是两个点，这两个点是一个属于两个不同的边双连通分量的，所以我们可以直接统计这些缩点的度

判断桥的条件比较简单，对于一条树边（注意是树边），在dfs过程中是从u到v的（可以看做u是v的父亲），且满足low[v] > dfn[u] ， 那么无向边(u,v)就是桥，就可以把这条边保存在表中

另外在这个dfs中借助了栈（方法1可以用栈，也可以不用，因为方法1简化了tarjan），在dfs过程中访问了点就不断入栈。在找到一条桥后，就准备将一些点出栈，因为这些准备出栈的点都是属于一个边双连通分量的，出栈的终于条件是，点v最后出来，点u不能出，注意，点u不能，点u不是属于点v的那个连通分量的，因为桥（u，v）分开了他们

方法1：简化了tarjan的过程，注意vis的意思，其实它的作用代替了栈的作用，vis[i]=0,1,2分别表示还没访问，已经访问但是还没退出，访问完并退出，它表示的是一种时间上的顺序

这个代码跑得快，0ms

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
using namespace std;
#define N 1010
#define M 1010
#define INF 0x3f3f3f3f

int n,tot;
int head[N];
struct edge
{
    int u,v,next;
}e[2*M];
int dfn[N],low[N],vis[N],dcnt,bcnt,de[N];

inline int min(int x , int y)
{
    return x<y ? x:y;
}

void add(int u ,int v ,int k)
{
    e[k].u = u; e[k].v = v;
    e[k].next = head[u]; head[u] = k++;
    u = u^v; v = u^v; u = u^v;
    e[k].u = u; e[k].v = v;
    e[k].next = head[u]; head[u] = k++;
}

void dfs(int u ,int fa)
{
    dfn[u] = low[u] = ++dcnt;
    vis[u] = 1;
    for(int k=head[u]; k!=-1; k=e[k].next)
    {
        int v = e[k].v;
        if(v == fa) continue;
        if(!vis[v]) //树边
        {
            dfs(v,u);
            low[u] = min(low[u] , low[v]);
        }
        else if(vis[v] == 1) //后向边
            low[u] = min(low[u] , dfn[v]);
        //如果是横叉边为vis[v] == 2 , 跳过
    }
    vis[u] = 2;
}

void solve()
{
    memset(dfn,0,sizeof(dfn));
    memset(de,0,sizeof(de));
    memset(vis,0,sizeof(vis));
    dcnt = bcnt = 0;
    for(int i=1; i<=n; i++)
        if(!vis[i])
            dfs(i,i);
    for(int u=1; u<=n; u++)
        for(int k=head[u]; k!=-1; k=e[k].next)
        {
            int v = e[k].v;
            if(low[u] != low[v]) //属于不同的边连通分量
                de[low[u]]++;
        }
    int leaf = 0;
    for(int i=1; i<=n; i++)
        if(de[i] == 1)
            leaf++;
    cout << (leaf+1)/2 << endl;
}

int main()
{
    while(cin>> n >> tot)
    {
        int u,v,k = 0;
        memset(head,-1,sizeof(head));
        for(int i=0; i<tot; i++,k+=2)
        {
            cin >> u >> v;
            add(u,v,k);
        }
        solve();
    }
    return 0;
}

方法2：这个代码慢啊，150ms，而且不知道模板还有没有其他的问题，至少是还没能处理重边

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
using namespace std;
#define N 1010
#define M 1010
#define min(a,b) ((a)<(b)?(a):(b))

int n,tot;
int head[N],dfn[N],low[N],belong[N],de[N],stack[N],bridge[M][2],ins[N],dcnt,bcnt,top,bnum;
struct edge
{
    int u,v,next;
}e[2*M];

void add(int u ,int v ,int k)
{
    e[k].u = u; e[k].v = v; e[k].next = head[u]; head[u] = k++;
    u = u^v;  v = u^v;  u = u^v;
    e[k].u = u; e[k].v = v; e[k].next = head[u]; head[u] = k++;
}

void dfs(int u ,int fa)
{
    dfn[u] = low[u] = ++dcnt;
    stack[++top] = u; ins[u] = 1;
    for(int k=head[u]; k!=-1; k=e[k].next)
    {
        int v = e[k].v;
        if(v == fa) continue;
        if(!dfn[v]) //树边
        {
            dfs(v,u);
            low[u] = min(low[u] , low[v]);
            if(low[v] > dfn[u]) //边(u,v)为桥，可以统计一个边连通分支
            {
                //保存桥
                bridge[bnum][0] = u;
                bridge[bnum++][1] = v;
                
                ++bcnt;
                while(true)
                {
                    int x = stack[top--];
                    ins[x] = 0;
                    belong[x] = bcnt;
                    if(x == v) break;
                }//注意点u并没有出栈，因为点u属于另一个边连通分量
            }
        }
        else if(ins[v]) //后向边
            low[u] = min(low[u] , dfn[v]);
        //横叉边为（dfn[v] && !ins[v]），跳过
    }
}

void solve()
{
    memset(dfn,0,sizeof(dfn));
    memset(de,0,sizeof(de));
    memset(ins,0,sizeof(ins));
    dcnt = bcnt = top = bnum = 0;
    dfs(1,-1);
    if(top)
    {
        ++bcnt;
        while(true)
        {
            int x = stack[top--];
            ins[x] = 0;
            belong[x] = bcnt;
            if(x == 1) break;
        }
    }

    for(int i=0; i<bnum; i++) //取出所有的桥
    {
        int u = bridge[i][0];
        int v = bridge[i][1];
        de[belong[u]]++;
        de[belong[v]]++;
        //统计缩点后的的度
    }
    int leaf = 0;
    for(int i=1; i<=bcnt; i++)
        if(de[i] == 1)
            leaf++;
    cout << (leaf+1)/2 << endl;
    
//可以把下面的注释去掉，看看记录的内容，帮组理解
/*
    for(int u=1; u<=n; u++)
        cout << u << "[" << belong[u] << "]" << endl;
    for(int i=1; i<=bcnt; i++)
        cout << "[" << de[i] << "]" << endl;
    for(int i=0; i<bnum; i++)
    {
        int u = bridge[i][0], v = bridge[i][1];
        printf("桥： %d %d\n",u,v);
        printf("缩点后的边: %d %d\n",belong[u] , belong[v]);
    }
*/
}

int main()
{
    while(cin >> n >> tot)
    {
        memset(head,-1,sizeof(head));
        int u,v,k=0;
        for(int i=0; i<tot; i++,k+=2)
        {
            cin >> u >> v;
            add(u,v,k);
        }
        solve();
    }
    return 0;
}