INTRODUCTION: 在一個無向圖中,如果有一個頂點集合,刪除這個頂點集合以及這個集合中所有頂點相關聯的邊以後,圖的連通分量增多,就稱這個點集為割點集合。 如果某個割點集合只含有一個頂點X(也即{X}是一個割點集合),那麼X稱為一個割點。--百度百科 首先,什麼是割點? 在一個有N個節點,M條 ...
INTRODUCTION:
在一個無向圖中,如果有一個頂點集合,刪除這個頂點集合以及這個集合中所有頂點相關聯的邊以後,圖的連通分量增多,就稱這個點集為割點集合。 如果某個割點集合只含有一個頂點X(也即{X}是一個割點集合),那麼X稱為一個割點。--百度百科首先,什麼是割點?
在一個有N個節點,M條邊的有向圖中,若刪去一個點,以及所有與這個節點直接相連的邊,會使該圖不連通、或出現更多互不連通的子圖(原圖本身就不連通的情況),則稱這個點為割點。
那麼不難想到割點的一種求法:
一、暴力枚舉:
枚舉每一個節點,判斷該節點是否是割點(沒有什麼是暴力解決不了的)
不過顯然暴力枚舉太慢了,出題人也不想讓你這麼輕鬆就AC
因此,可以用以下兩種方法快速的求出割點:
二、DFS樹:
首先來設想一下,假如我們用DFS來遍歷一張無向圖連通圖,保證每個點只被遍歷到一次,然後將遍歷時經過的每一個點,每一條邊取出,組成一個新的聯通圖,顯而易見:這張新圖必然是一棵樹。
我們稱這棵樹為DFS樹,同時不難看出,由於遍歷時所選的根節點不同,遍歷的順序不同,所以這顆DFS樹並不唯一,不過這對於求割點而言影響不大,所以只要任意求出一顆DFS樹就可以了
對於原圖而言,我們將構成DFS樹的邊稱為樹邊,不屬於DFS樹的邊稱為非樹邊
存在一個結論:對於每一條非樹邊,他只可能連接DFS樹上某個節點和他的祖先,不可能連接兩個分別位於不同子樹上的節點,我們稱這樣連接DFS樹上的某個節點與他的祖先的非樹邊為返祖邊。
如圖所示,只存在形如邊I的返祖邊,不存在形如邊J的橫跨邊
圖1證明:若存在邊J,則在DFS時必然會先經過邊J由5節點遍歷到3節點,形成如下圖形,不可能會形成一條橫跨邊。
圖2:藉助DFS樹的這些性質,我們就可以求割點了:
分三種情況討論:
1.若該節點是葉子節點,那麼他一定不是割點
2.若該節點是根節點,那麼若他的子樹數量大於等於2,則他是割點,若他只有一顆子樹,則他不是割點
3.若該節點既不是根節點也不是葉子節點,則若他的每一顆子樹都中存在一條返祖到他的祖先節點(不包括)的返祖邊,則他不是割點(如上圖2中的2、5節點)反之他是割點
如圖所示:圖A中的1節點是一個割點,4節點是一個割點,圖B中的1節點不是一個割點,5節點不是一個割點
代碼如下:
1 #include<cstdio> 2 #include<cstring> 3 #include<iostream> 4 #include<algorithm> 5 using namespace std; 6 const int maxn = 100010; 7 const int maxm = 500005; 8 int n, m; 9 int tot, ans; 10 bool vis[maxn]; 11 struct edge 12 { 13 int to; 14 int next; 15 bool t;//這條邊是否是一條從子節點到父節點的邊 16 bool flag;//是否是樹邊 17 }e[maxm]; 18 struct node 19 { 20 int f;//該節點的父節點 21 int to;//該節點及其子樹的所有節點的返祖邊能夠到達的最淺深度 22 int son;//該節點的子節點的個數 23 int deep;//該節點的深度 24 int head; 25 bool root;//是否是根節點 26 bool flag;//是否是割點 27 }p[maxn]; 28 void add(int u, int v) 29 { 30 tot++; 31 e[tot].to = v; 32 e[tot].next = p[u].head; 33 p[u].head = tot; 34 } 35 void dfs(int u, int f)//u代表當前節點,f代表該節點的父節點 36 { 37 vis[u] = 1; 38 p[u].deep = p[f].deep + 1;//記錄深度 39 p[u].to = p[u].deep;//初始設該節點及其子樹所能夠連接的最淺深度為該節點的深度 40 for (int i = p[u].head; i; i = e[i].next)//枚舉該節點的所有子節點 41 { 42 int v = e[i].to; 43 if (!vis[v]) 44 { 45 p[u].son++;//記錄子節點的數量 46 p[v].f = u;//記錄u的子節點的父節點為u 47 e[i].flag = 1;//這條邊屬於樹邊 48 dfs(v, u); 49 } 50 } 51 } 52 void init(int u)//處理每個節點的子樹 53 { 54 for (int i = p[u].head; i; i = e[i].next)//更新每一個節點的子樹所能抵達的最淺深度 55 { 56 int v = e[i].to; 57 if (e[i].flag && !e[i].t) 58 { 59 init(v); 60 p[u].to = min(p[u].to, p[v].to); 61 } 62 } 63 } 64 bool check(int u) 65 { 66 for (int i = p[u].head; i; i = e[i].next) 67 { 68 if (e[i].flag && !e[i].t) 69 { 70 int v = e[i].to; 71 if (!(p[v].to < p[u].deep)) 72 return 0; 73 } 74 } 75 return 1; 76 } 77 void work()//判斷每一個節點是否是割點 78 { 79 for (int u = 1; u <= n; u++) 80 { 81 if (u == 1)//u是根節點 82 { 83 if (p[u].son <= 1) 84 p[u].flag = 1;//不是割點 85 } 86 else if (p[u].son == 0) 87 p[u].flag = 1; 88 else 89 { 90 if (check(u)) 91 p[u].flag = 1; 92 } 93 } 94 } 95 int main() 96 { 97 cin >> n >> m; 98 for (int i = 1; i <= m; i++) 99 { 100 int u, v; 101 cin >> u >> v; 102 add(u, v); 103 add(v, u); 104 } 105 dfs(1, 0); 106 //處理最小深度 107 //註意要特判從兒子節點到父節點的邊(樹邊的一半),否則所有節點(都被認為可以到達根節點) 108 for (int u = 1; u <= n; u++) 109 { 110 for (int i = p[u].head; i; i = e[i].next) 111 { 112 int v = e[i].to; 113 if (!e[i].flag && v != p[u].f)//若這條邊是樹邊且不是由兒子節點到父節點 114 { 115 p[u].to = min(p[u].to, p[v].deep);//更新u能抵達的最前深度 116 } 117 if (v == p[u].f) 118 e[i].t = 1; 119 } 120 } 121 init(1); 122 work(); 123 for (int i = 1; i <= n; i++) 124 if (!p[i].flag) 125 ans++; 126 cout << ans << endl; 127 for (int i = 1; i <= n; i++) 128 if (!p[i].flag) 129 cout << i << " "; 130 return 0; 131 }
不過上面的代碼只能處理原圖聯通的情況,如果原圖不連通則需要多跑幾次(看成多個不同的連通圖)
三、tarjan:
可以看出:以上用DFS樹求割點的演算法相當繁瑣,相比之下,tarjan可以更加簡單快捷的求出割點(並且不需要特判圖的連通性)
分兩種情況討論:
1.對於根節點:若該節點的子節點的數量大於等於2則該節點是割點
2.對於其他節點:設該節點為u,設該節點的子節點為v,若存在low[v]>=dfn[u]則節點u為割點(類比DFS樹第二種情況)
代碼如下:
1 #include<stack> 2 #include<vector> 3 #include<string.h> 4 #include<iostream> 5 #include<algorithm> 6 using namespace std; 7 const int maxn = 100010; 8 int ans; 9 int n, m, id; 10 int dfn[maxn]; 11 int low[maxn]; 12 bool flag[maxn];//記錄每一個點是否是割點 13 vector<int> e[maxn];//vector存圖 14 void tarjan(int u, int f)//普通的tarjan 15 { 16 int child = 0;//記錄該節點有幾個子節點 17 low[u] = dfn[u] = ++id; 18 for (int i = 0; i < e[u].size(); i++) 19 { 20 int v = e[u][i]; 21 if (!dfn[v]) 22 { 23 tarjan(v, f); 24 low[u] = min(low[u], low[v]); 25 if (low[v] >= dfn[u] && u != f) 26 flag[u] = 1; 27 if (u == f) 28 child++; 29 } 30 low[u] = min(low[u], dfn[v]); 31 } 32 if (child >= 2 && u == f) 33 flag[u] = 1; 34 } 35 int main() 36 { 37 cin >> n >> m; 38 for (int i = 1; i <= m; i++) 39 { 40 int u, v; 41 cin >> u >> v; 42 e[u].push_back(v); 43 e[v].push_back(u); 44 } 45 for (int i = 1; i <= n; i++)//原圖不一定聯通,所以只要節點i尚未被遍歷過 46 if (!dfn[i])//就要以i為根節點運行一次tarjan 47 tarjan(i, i); 48 for (int i = 1; i <= n; i++) 49 if (flag[i]) 50 ans++; 51 cout << ans << endl; 52 for (int i = 1; i <= n; i++) 53 if (flag[i]) 54 cout << i << " "; 55 return 0; 56 }
--會寧狐狸