相关概念:

连通图:在无向图中,如果图G中任意两个节点都是连通的,则称图G为连通图

连通分量:无向图G的极大连通子图称为图的连通分量。连通分量可能不止一个,对每个连通分量,如果再向其中加入一个节点,这个子图就不连通。

下图中有几个连通分量?

draw.io

Diagram attachment access error: cannot display diagram

答案:

有3个连通分量,如下图所示,通过不同颜色标记:

draw.io

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强连通图:在有向图中,如果图中任意两个节点从uv都有路径,且从vu也有路径,则称图G为强连通图

强连通分量:有向图G的极大强连通子图被称为图G的强连通分量。强连通分量也不止一个,对每个强连通分量,如果再向其中加入一个节点,这个子图就不是强连通图。

下图中有几个强连通分量?

draw.io

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答案:

有3个强连通分量,如下图所示,通过不同颜色标记:

draw.io

Diagram attachment access error: cannot display diagram


强连通分量求解算法-Tarjan算法模板:

#define MAXN 1005

int G[MAXN][MAXN]; // 邻接矩阵
int n;             // 顶点数,顶点编号从0开始

int timestamp;  // 时间戳
int dfn[MAXN];  // 第一次遍历到达u的时间戳,至少为1,为0表示u还未被访问过
int low[MAXN];  // 从顶点u开始的DFS遍历能到达的最小时间戳

stack<int> stk;
bool in_stk[MAXN]; // 记录顶点u是否在栈中

int scc_cnt;  // 记录强连通分量的个数,也用于给强连通分量编号
int id[MAXN]; // 记录顶点所属的强连通分量编号

void tarjan_dfs(int u) {
    dfn[u] = low[u] = ++timestamp; // 第一次遍历到u,初始化当前点的时间戳
    stk.push(u);
    in_stk[u] = true;
    for(int i = 0; i < n; i++) { // 遍历所有u能到的邻接点
        if(G[u][i]) {
            if(dfn[i] == 0) { // 如果这个点还没被访问过
                tarjan_dfs(i); // 遍历邻接点
                low[u] = min(low[u], low[i]); // 子结点能到的最小时间戳u能也到
            } else if(in_stk[i]) { // 如果这个点还在栈中,说明这个点比u点先访问到,它的时间戳也应该更早
                low[u] = min(low[u], dfn[i]); // 用层级更高的点的时间戳更新u的low值
            }
        }
    }
    if(dfn[u] = low[u]) { // 如果u为某个强连通分量的最高点,则可以输出这个强连通分量
        scc_cnt++; // 连通分量数加1
        int tmp;
        do {
            tmp = stk.top();
            stk.pop();
            in_stk[tmp] = false;
            id[tmp] = scc_cnt; // 标记这个点属于哪个强连通分量
        } while(tmp != u);
    }
}

void tarjan() {
    for(int i = 0; i < n; i++) { // 对所有点进行强连通分量计算
        if(dfn[i] == 0) {
            tarjan_dfs(i);
        }
    }
}


算法大概思路:

  1. DFS遍历所有节点,对每个节点,先访问其全部的邻接点,再访问节点内容。
  2. 记录时间戳,从1开始,按DFS遍历的顺序,每个节点的时间戳依次递增,记为dfn[u]
  3. 每次访问完一个节点的全部邻接点后,记录从这个节点开始DFS遍历能找到的最小时间戳,记为low[u]

    dfn[u]:表示第一次遍历到u的时间戳。

    low[u]:表示从点u开始DFS遍历能到达的最小时间戳。

  4. 如果有dfn[u] == low[u],则说明u是所在强连通分量的最高点,可以把这个强连通分量找出来。


参考链接:

[算法]轻松掌握tarjan强连通分量p1_什么是强连通分量 - YouTube

[算法]轻松掌握tarjan强连通分量p2_两种dfs遍历 - YouTube

[算法]轻松掌握tarjan强连通分量p3_一个简单例子理解算法 - YouTube

[算法]轻松掌握tarjan强连通分量p4 更完整的例子 - YouTube

[算法]轻松掌握tarjan强连通分量p5_code实现 - YouTube

连通分量、强连通分量与Tarjan算法 - AcWing




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