tarjan algorithm

form:Christopher Yan

概念

如果两个顶点可以相互通达,则称两个顶点强连通

如果有向图 (G) 的每两个顶点都强连通,称 (G) 是一个强连通图.

非强连通图有向图的极大强连通子图,称为强连通分量

(Tarjan) 算法是用来求强连通分量的,它是一种基于(DFS)(深度优先搜索)的算法,每个强连通分量为搜索树中的一棵子树。并且运用了数据结构栈。

在介绍详细原理前,先引入两个非常重要的数组:(dfn[ ])(low[ ])

(dfn[ ]):就是一个时间戳(被搜到的次序),一旦某个点被 (DFS) 到后,这个时间戳就不再改变(且每个点只有唯一的时间戳)。所以常根据 (dfn) 的值来判断是否需要进行进一步的深搜

(low[ ]):该子树中,且仍在栈中的最小时间戳,像是确立了一个关系,(low[ ]) 相等的点在同一强连通分量中。

注意初始化时 (dfn[ ] = low[ ] = ++cnt.)

算法思路:

首先这个图不一定是一个连通图,所以跑 (Tarjan) 时要枚举每个点,若 (dfn[ ] == 0),进行深搜。

然后对于搜到的点寻找与其有边相连的点,判断这些点是否已经被搜索过,若没有,则进行搜索。若该点已经入栈,说明形成了环,则更新 (low).

在不断深搜的过程中如果没有路可走了(出边遍历完了),那么就进行回溯,回溯时不断比较 (low[ ]),去最小的 (low) 值。如果 (dfn[x]==low[x])(x) 可以看作是某一强连通分量子树的根,也说明找到了一个强连通分量,然后对栈进行弹出操作,直到 (x) 被弹出

手动模拟一下过程:

从1进入 dfn[1]= low[1]= ++cnt = 1
入栈 1
由1进入2 dfn[2]=low[2]= ++cnt = 2
入栈 1 2
之后由2进入4 dfn[4]=low[4]= ++cnt = 3
入栈 1 2 4
之后由4进入 6 dfn[6]=low[6]=++cnt = 4
入栈 1 2 4 6

6无出度,之后判断 (dfn[6]==low[6])
说明6是个强连通分量的根节点:(6)(6) 以后的点出栈并输出。

回溯到4后发现4找到了一个已经在栈中的点 (1),更新 low [ 4 ] = min ( low [ 4 ] , dfn [ 1 ] )

于是 low [ 4 ] = 1 .

由4继续回到2 Low[2] = min ( low [ 2 ] , low [ 4 ] ).

low[2]=1;

由2继续回到1 判断 low[1] = min ( low [ 1 ] , low [ 2 ] ).

low[1]还是 1

然后更新3的过程省略,大家可以自己手动模拟一下。

省略了 (1->3) 的更新过程之后,(1)的所有出边就跑完了

于是判断: (low [ 1 ] == dfn [ 1 ]) 说明以 (1) 为根节点的强连通分量已经找完了。

将栈中 (1) 以及 (1) 之后进栈的所有点,都出栈并输出

#include<iostream>  
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<algorithm>
using namespace std;
inline int read(){
	int x = 0, f = 1;char ch = getchar();
	while (ch < '0' || ch > '9') {if(ch == '-') f = -1; ch = getchar();}
	while (ch >= '0' && ch <= '9') {x = x * 10 + ch - '0';ch = getchar();}
	return x * f;
}
int n,m,x,y,top=0,cnt=0,t,col;
int ans1=-1,ans2=-1,ans3=-1;
int d[200020];
int a[200020];
int c[200020];
int f[200020];
int dfn[200020];
int low[200020];
int stack[200020];

bool v[200020];

struct edge{
    int u;
    int v;
    int w;
    int next;
}e[1000020];

void Add(int u,int v,int w){
    e[++top].v=v;
    e[top].w=w;
    e[top].next=f[u];
    f[u]=top;
}

void tarjan(int now)
{
    dfn[now]=low[now]=++cnt;
    stack[++t]=now;
    v[now]=1;
    for(int i=f[now];i!=-1;i=e[i].next)
        if(!dfn[e[i].v]) {
            tarjan(e[i].v);
            low[now]=min(low[now],low[e[i].v]);
        }
        else if(v[e[i].v])
            low[now]=min(low[now],dfn[e[i].v]);    
    int cur;
    if(dfn[now]==low[now]){
        do
        {
            cur=stack[t--];
            v[cur]=false;
            printf("%d ",cur);
        }while(now!=cur);
        printf("
");
    }
}

int main()
{
    n=read();
    m=read();
    memset(f,-1,sizeof f);
    for(int i=1;i<=n;++i)
        a[i]=read();
    for(int i=1;i<=m;++i)
    {
        x=read();
        y=read();
        Add(x,y,0);
    }
    for(int i=1;i<=n;++i)
        if(!dfn[i]) tarjan(i);
    return 0;
}
原文地址:https://www.cnblogs.com/Arielzz/p/14290078.html