乙個神奇的演算法,求最大連通分量用o(n)的時間複雜度,真實令人不可思議。
廢話少說,先上題目
題目描述:
給出乙個有向圖g,求g連通分量的個數和最大連通分量。
輸入:n,m,表示g有n個點,m條邊
下面m行每行包含 x,y,表示有一條x到y的有向邊
輸出:第乙個數表示連通分量的個數,第二個數代表最大連通分量
輸入示例(如下圖)
681輸入示例2142
3253
6455156
4很多人會想到dfs,但是時間複雜度為o(n^2),但是時間容易超限,所以我們要用到tarjan3
先理清一下概念:
連通分量:對於圖g來的乙個子圖中,任意兩個點都可以彼此到達,這個子圖就被稱為圖g的連通分量(乙個點就是最小的連通分量)
最大連通分量:對於圖g的乙個子圖,這個子圖為圖g的連通分量,且是圖g所有連通分量中包含節點數最多的那個,即為g的最大聯通分量
時間戳:搜尋時第幾個搜尋到這個點。如搜尋順序是1->2->3->6則6的時間截為4
下面就是tarjan的思路(第一次看不懂可以跳過,直接看詳細步驟,回來再看):
每個點都有兩個引數:low,dfn。dfn表示這個點的時間戳,而low代表這個點所能到達的最小的時間戳,開始low都等於dfn,但會經過不斷更新而減少。
從1節點進行深度優先搜尋,途中用樹(乙個轉化為棧的樹)維護。
當遇到乙個點時,有如下判斷:
1、如果這個點沒有訪問過,就將這個點加入樹(棧)
2、如果這個點訪問過,且在樹(棧)裡,與這個點的low比較,更新自己的low
返回時更新low
當乙個點遍歷所有的邊後這個點的low還是等於dfn,將個點及以上出棧,這個點及棧以上的點構成乙個連通分量。
來一點chinese++(就是偽**)
void tarjan(int詳細過程:當前點)
如果目標點被訪問過
}如果當前點的low==dfn
}
開啟黑暗之門
開始,從1節點開始,時間截和low都是1,將1入棧
走到2節點,2的時間戳dfn和low都是2,2入棧
以此類推,將3、6入棧,時間戳分別為3、4
此時,發現6節點遍歷了其所有出邊(本來就沒有)以後,它的low等於dfn,這就說明了6號節點沒有路徑能回到能到達它的節點,所以6就是乙個單獨的連通分量,因此將6出棧,再回溯,此時在棧中比6(含)高的點都出棧,這些點構成乙個連通分量(因為此時比6在棧頂,所以6是乙個單獨的連通分量)ans++
和剛才一樣,3節點的所有出邊已經遍歷一般,但low還是和dfn相等,所以3出棧,因為此時3在棧頂,所以3是乙個單獨的連通分量。ans++
再次遍歷從2遍歷到5,將5入棧,並且low和dfn都為5。
stack:1,2,5
然後5搜尋到6,但是6不在棧裡面,所以不管它
這是搜尋到了1,發現1的時間戳1小於5的low,所以將5的low更新為1,。這時發現5沒有其他邊可以走了,所以返回
返回到2時,發現5的low比2的low小,所以更新2的low為1,繼續返回到1
再從1走到4,4的時間戳和low為6,將4入棧
stack:1,2,5,4
從4走到5,發現5在棧中,且5的low比4的low小,所以4的low變成1,因為沒有邊再返回到1
此時,1的所有邊都走完啦,並且1的low等於dfn,所以把1及以上的節點出棧,構成連通分量,ans++
繼續列舉每乙個點,如果這個點的時間戳為0(也就是沒有訪問過)tarjan(i);
現在貼上**,但是沒有完,我會對原理做詳細解釋:
void tarjan(int演員表:u)
else
if(vis[to[e]])
low[u]=min(low[u],dfn[to[e]]);
}if(low[u]==dfn[u])
vis[u]=0
; s.pop();
ans++;}}
in:時間戳下標
dfn[i]:i節點的時間戳
low[i]:i所能到達的最小的時間戳
head[i],next[i],to[i]:鄰接表群演
vis[i]:i是否在棧裡
s:棧ans:計數
u:當前點
原理詳解:
1、其實雖說整個過程都在用棧維護,但是原理卻是一顆樹,比如當搜尋到1、2、3、6時,樹是這樣的
你想象成樹就好,當我們確定6為乙個單獨的連通分量的時候,把它咔嚓掉。現在6及以下的節點(這次沒有)成為一顆新的樹。
然後再用霜之哀傷砍掉3,3及以下節點(也是沒有)又變成了乙個新的樹。
然後我們搜尋到5,將5加入樹
然後再從1搜尋到4,加入樹
然後返回到1,拔出1節點的霜之哀傷與耐奧祖融合,成為新的巫妖王。
這就是tarjan的關於連通分量個數的應用了,後續會帶來割點割邊。
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