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  • 无向图的双连通分量

    先看如下的两个定义:

    • 点-双连通图:一个连通的无向图内部没有割点,那么该图是点-双连通图

            注意:孤立点,以及两点一边这两种图都是点-双连通的,因为它们都是内部无割点。

    • 边-双连通图:一个连通的无向图内部没有桥,那么该图就是边-双连通图

            注意:孤立点是边-双连通的,但是两点一边不是边-双连通的。

    由上面定义可以知道:点-双连通图不一定是边-双连通的

    对于一张无向图,点-双连通的极大子图称为双连通分量。不难发现,每条边恰好属于一个双连通分量(所以两点一边是一个点-双连通分量)。但不同双连通分量可能会有公共点,可以证明不同双连通分量最多只有一个公共点,且它一定是割顶。另一方面任意割顶都是至少两个不同的点-双连通分量的公共点。

    边-双连通的极大子图称为边-双连通分量。除了桥不属于任何边-双连通分量外,其他每条边恰好属于一个边-双连通分量,而且把所有桥删除之后,每个连通分量对应原图中的一个边-双连通分量。

    总之:

    判断一个图是不是点-双连通的只要看图中是否有割点。(比寻找割点多了个栈而已)

    判断一个图是不是边-双连通的只要看图中是否有桥。

    如果看到这里还有很多困惑,先画图思考矛盾的地方,然后看代码可以更清楚,前提是能看懂求割点的算法。

      1 #include<cstdio>
      2 #include<cstring>
      3 #include<algorithm>
      4 #include<queue>
      5 #include<vector>
      6 #include<stack>
      7 using namespace std;
      8 const int maxn=1000+10;
      9 
     10 int n,m;
     11 int bcc_cnt;
     12 int dfs_clock;      //bcc_cnt计数一共有多少个点-双连通分量
     13 int pre[maxn];      //vis标记,同时也标记了是树中的第几个点
     14 bool iscut[maxn];
     15 int bccno[maxn];    //bccno[i]=x表示第i个顶点属于x号点双连通分量
     16 vector<int> G[maxn],bcc[maxn];  //bcc[i]中包含了i号点-双连通分量的所有节点
     17 
     18 struct Edge //边的结构体
     19 {
     20     int u,v;
     21     Edge(int u,int v):u(u),v(v){}
     22 };
     23 stack<Edge> S;
     24 
     25 int dfs(int u,int fa)
     26 {
     27     int lowu=pre[u]=++dfs_clock;
     28     int child=0;
     29     for(int i=0;i<G[u].size();i++)
     30     {
     31         int v=G[u][i];      //取出点
     32         Edge e = Edge(u,v); //创建这条边
     33 
     34         if(!pre[v]) //v没有被访问过
     35         {
     36             S.push(e);      //将边入栈
     37             child++;
     38             int lowv=dfs(v,u);  //求low先
     39             lowu=min(lowu,lowv);
     40             if(lowv >= pre[u])  //本节点是割点
     41             {
     42                 iscut[u]=true;
     43                 bcc_cnt++;              //注意bcc_cnt从1开始编号
     44                 bcc[bcc_cnt].clear();   //清除之前留下的
     45                 while(true)             //产生一个双连通分量,
     46                 {
     47                     Edge x=S.top();     //逐次取出边
     48                     S.pop();
     49                     //1个点可能属于多个连通分量,且它一定是割点。
     50                     if(bccno[x.u]!=bcc_cnt)     //这个点还没有统计到这个连通分量。
     51                     {
     52                         bcc[bcc_cnt].push_back(x.u);
     53                         bccno[x.u]=bcc_cnt;     //预防重复统计
     54                     }
     55                     if(bccno[x.v]!=bcc_cnt)
     56                     {
     57                         bcc[bcc_cnt].push_back(x.v);
     58                         bccno[x.v]=bcc_cnt;
     59                     }
     60                     if(x.u==u && x.v==v)      //扫到u-v,栈中又没有与u相连的边了。继续试试其他孩子
     61                         break;
     62                 }
     63             }
     64         }
     65         else if(pre[v]<pre[u]&&v!=fa)     //点v在u上面就被访问过,才可以更新,在下面访问过的,不可以!
     66         {
     67             S.push(e);      //这个是和u在一起的双连通分量
     68             lowu=min(lowu,pre[v]);
     69         }
     70     }
     71 
     72     /*
     73     根的孩子必须大于1才会是割点,有割点才会有双连通分量。
     74     (1)那么如果根不是割点呢?
     75     假设根不是割点,那么根最多只有1个孩子,也就是说根的度为1,那么根不可能处于任何1个双连通分量中。
     76     假设根是割点,那么每个孩子各自是一个连通分量。那么就会在上面的代码中被处理为一个双联通分量。
     77     (2)如果有桥呢?比如u-v是桥,那么会怎样?
     78     假设u-v是桥,且u在数中的时间戳比较小。可知v也就是一个割点啦,u-v断开后,与v相连的都成为一个双连通分量了。
     79     回溯到u时,栈中(或顶)没有包含u的边,直到另一个连通分量的产生。
     80     如果u的孩子中没有连通分量了,那么与u相连的孩子肯定有边连到u的上边,他们又形成了一个环了,双连通分量又产生了,由其他割点去解决。
     81     */
     82     if(fa<0 && child==1) iscut[u]=false;
     83     return lowu;
     84 }
     85 
     86 void find_bcc(int n)
     87 {
     88     memset(pre,0,sizeof(pre));
     89     memset(iscut,0,sizeof(iscut));
     90     memset(bccno,0,sizeof(bccno));
     91     dfs_clock = bcc_cnt = 0;
     92     for(int i=0;i<n;i++)            //为了防止有多个连通图,全部都得搜
     93         if(!pre[i]) dfs(i,-1);
     94 }
     95 int main()
     96 {
     97     while(scanf("%d%d",&n,&m)==2&&n)
     98     {
     99         for(int i=0;i<n;i++) G[i].clear();  //点集
    100         for(int i=0;i<m;i++)        //输入边
    101         {
    102             int u,v;
    103             scanf("%d%d",&u,&v);
    104             G[u].push_back(v);
    105             G[v].push_back(u);
    106         }
    107         find_bcc(n);    //计算双连通分量的个数
    108         printf("点-双连通分量一共%d个
    ",bcc_cnt);
    109 
    110 
    111 
    112         for(int i=1;i<=bcc_cnt;i++)     //输出每个双连通分量。可能点A在第一个双连通分量中输出,又出现在第2个双连通分量中,因为它是割点。
    113         {
    114             printf("第%d个点-双连通分量包含以下点:
    ",i);
    115             sort(&bcc[i][0],&bcc[i][0]+bcc[i].size()); //对vector排序,使输出的点从小到大
    116             for(int j=0;j<bcc[i].size();j++)
    117             {
    118                 printf("%d ",bcc[i][j]);
    119             }
    120             printf("
    ");
    121         }
    122     }
    123     return 0;
    124 }
    125 
    126 带注释的源码
    带注释的源码

    需要注意的是:

    • 单个点不算是一个双连通分量,比如仅有1个点的图。
    • 两个点一条边的子图算是一个双连通分量。比如:a-b-c 这个图中有两个双连通分量:a-b和b-c。
    • 算法中已经考虑到根和叶子和非叶子节点,所以不用例外去添加代码。
    • 根据需要可删减。比如可以不用vector来存储所有连通分量等等。

     

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