首先先要明确概念:强连通图意为在该图中任意两点间都能够相互到达,而强连通分量即为一个强连通图中的子图,如图中{1,2,3,4}、{5}、{6}即为强连通分量
求强连通分量传统的算法有Kosaraju和Tarjan算法,在这里主要解释Tarjan算法。
算法详解
Tarjan算法是基于对图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。搜索时,把当前搜索树中未处理的节点加入一个堆栈,回溯时可以判断栈顶到栈中的节点是否为一个强连通分量。Tarjan算法有点类似于基于后序的深度遍历搜索和并查集的组合,充分利用回溯来解决问题。
在Tarjan当中,主要维护以下几个变量:
dfn[i]维护节点i在该图进行dfs时的次序;
low[i]维护节点i最早能回溯到的节点的编号;
vis[i]维护节点i是否已被访问过;
在Tarjan算法运行时,在我们对图进行dfs的过程中,对于每一个节点u和与它相连的节点v,我们进行如下操作:
如果节点v还未被访问过,那么我们就对v进行dfs,通多定义我们就能够得知,这时low[u]=min(low[u],low[v]);
如果说v已被访问过,即v节点已在栈中,那么这时我们就需要用v的dfn值来更新u的low值,有定义可知low[u]=min(low[u],dfn[v]);
对于一个连通图,我们很容易想到,在该连通图中有且仅有一个节点u的DFN值和low值相等,所以我们在回溯的过程中就能够通过判断节点的low值和DFN值是否相等来判断是否已经找到一个子连通图。由于该连通图中 的DFN值和low值相等的节点是该连通图中第一个被访问到的节点,又根据栈的特性,则该节点在最里面。所以能够通过不停 的弹栈,直到弹出该DFN值和low值相同的节点来弹出该连通图中所有的节点。
另外附上一张其他神犇推演Tarjan的演算图:
关于对在一个强连通图中有且仅有一个点的dfn与low相等这一结论的证明,请访问博客:http://blog.csdn.net/jeryjeryjery/article/details/52829142?locationNum=4&fps=1
下面是C++模板代码实例:
#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<algorithm>
#include<cstring>
#include<vector>
using namespace std;
const int maxn=1e5+10;
vector<int>map[maxn];//用vector来存图
int stack[maxn];//栈
int dfn[maxn];//节点在dfs时的次序
int low[maxn];//节点最早能够追溯到的节点编号
bool vis[maxn];//节点是否被访问过
int time=0;//时间戳
int top=-1;//栈顶标记
int cnt=0;//强连通分量个数
int n,m;//节点数与边数
inline int read(){//快读
int x=0,flag=1;
char c=getchar();
while(c<'0' || c>'9'){
if(c=='-')
flag=-1;
c=getchar();
}
while(c<='9' && c>='0'){
x=x*10+(int)(c-'0');
c=getchar();
}
return x*flag;
}
inline void tarjan(int u){
dfn[u]=low[u]=++time;
stack[++top]=u;//入栈
vis[u]=1;
int len=map[u].size()-1;//因为在vector中数组从零开始,所以减一
for(int i=0;i<=len;i++){
int v=map[u][i];
if(!vis[v]){//没访问过
tarjan(v);
low[u]=min(low[u],low[v]);
}
else//访问过
low[u]=min(low[u],dfn[v]);
}
if(dfn[u]==low[u]){//找到强连通分量
cnt++;
//开始出栈
int j;
do{
j=stack[top--];
vis[j]=0;
}while(j!=u);
}
}
int main(){
ios::sync_with_stdio(0);
memset(dfn,0,sizeof(dfn));//初始化
memset(low,0,sizeof(low));
memset(vis,0,sizeof(vis));
n=read();
m=read();
for(int i=1;i<=m;i++){
int x,y;
x=read();
y=read();
map[x].push_back(y);
}
tarjan(1);
cout<<cnt<<endl;
return 0;
}