【问题标题】:Finding Strongly Connected Components in a graph through DFS通过 DFS 在图中查找强连通分量
【发布时间】:2012-12-07 14:01:05
【问题描述】:

我正在阅读有关 BFS 和 DFS 的图形算法。当我在分析通过 DFS 在图中找到强连通分量的算法时,我想到了一个疑问。为了找到强连接组件,书(Coremen)做了什么,首先它在图上运行 DFS 以获得顶点的完成时间,然后再次在图的转置上以完成时间的递减顺序运行 DFS我们从第一个 DFS 得到的。但我无法理解为什么第二个 DFS 必须根据完成时间运行。 我的意思是,即使我们直接在图的转置上运行 DFS(忽略完成时间),它是否也会给我们连接的组件,因为通过进行转置,我们已经阻止了到其他组件的路径。

【问题讨论】:

    标签: algorithm graph


    【解决方案1】:

    编辑 - 以下是斯坦福大学关于该主题的一些很好的深度视频:

    http://openclassroom.stanford.edu/MainFolder/CoursePage.php?course=IntroToAlgorithms(参见 6. 有向图中的连接性)

    我的解释:

    如果您不根据第一个 dfs 的减少完成时间运行第二个 dfs,您可能会将整个图错误地识别为单个强连接组件 (SCC)。

    请注意,在我的示例中,节点 d 始终具有从第一个 dfs 开始的最短完成时间。节点a、b 或c 之一将具有最长的完成时间。假设a 的完成时间最长,因此如果我们根据减少的完成时间运行第二个dfs,a 将是第一个。

    现在,如果您在 G 的转置中以节点 d 开始运行第二个 dfs,您将生成一个包含整个图的深度优先森林,因此可以得出结论,整个图是一个 SCC,即显然是错误的。但是,如果您以a 开头的dfs,那么您不仅会发现a、b 和c 是一个SCC,而且重要的是它们将被标记为访问 被涂成灰色或黑色。然后当你在d 上继续dfs 时,你不会遍历它的SCC,因为你会意识到它的相邻节点已经被访问过。

    如果您查看 DFS 的 cormens 代码,

    DFS(G)
    1 for each vertex u in G.V
    2     u.color = WHITE
    3     u.π = NIL
    4 time = 0
    5 for each vertex u in G.V
    6     if u.color == WHITE
    7         DFS-VISIT(G, u)
    
    DFS-VISIT(G, u)
    1 time = time + 1 // white vertex u has just been discovered
    2 u.d = time
    3 u.color = GRAY
    4 for each v in G.adj[u]
    5     if v.color == WHITE
    6         v.π = u
    7         DFS-VISIT(G, u)
    8 u.color = BLACK // blacken u; it is finished
    9 time = time + 1
    10 u.f = time
    

    如果你不使用递减完成时间,那么 DFS 的第 6 行只会为真一次,因为 DFS-VISIT 会递归地访问整个图。这会在深度优先森林中产生一棵树,每棵树都是一个 SCC。单棵树的原因是因为一棵树是由它的根节点标识的,它的根节点有一个 nil 前辈。

    【讨论】:

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