一.算法简介

Tarjan 算法一种由Robert Tarjan提出的求解有向图强连通分量的算法,它能做到线性时间的复杂度。

 

我们定义:

如果两个顶点可以相互通达,则称两个顶点强连通(strongly connected)。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。有向图的极大强连通子图,称为强连通分量(strongly connected components)。

tarjan算法,一个关于 图的联通性的神奇算法

例如:在上图中,{1 , 2 , 3 , 4 } , { 5 } ,  { 6 } 三个区域可以相互连通,称为这个图的强连通分量。

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。

再Tarjan算法中,有如下定义。

DFN[ i ] : 在DFS中该节点被搜索的次序(时间戳)

LOW[ i ] : 为i或i的子树能够追溯到的最早的栈中节点的次序号

当DFN[ i ]==LOW[ i ]时,为i或i的子树可以构成一个强连通分量。

 

二.算法图示

以1为Tarjan 算法的起始点,如图

tarjan算法,一个关于 图的联通性的神奇算法

顺次DFS搜到节点6

tarjan算法,一个关于 图的联通性的神奇算法

 回溯时发现LOW[ 5 ]==DFN[ 5 ] ,  LOW[ 6 ]==DFN[ 6 ] ,则{ 5 } , { 6 } 为两个强连通分量。回溯至3节点,拓展节点4.

tarjan算法,一个关于 图的联通性的神奇算法

拓展节点1 , 发现1再栈中更新LOW[ 4 ],LOW[ 3 ] 的值为1

tarjan算法,一个关于 图的联通性的神奇算法

 回溯节点1,拓展节点2

tarjan算法,一个关于 图的联通性的神奇算法

自此,Tarjan Algorithm 结束,{1 , 2 , 3 , 4 } , { 5 } ,  { 6 } 为图中的三个强连通分量。

tarjan算法,一个关于 图的联通性的神奇算法

不难发现,Tarjan Algorithm 的时间复杂度为O(E+V).

 

学习处  

模板:

 1 void dfs(int u)
 2 {
 3     times++;//记录dfn顺序 
 4     dfn[u]=times;//赋值 
 5     low[u]=times;//先赋初值 
 6     vis[u]=true;//vis[i]用来判断i是否搜索过;
 7     insta[u]=true;//表示是否在栈中,true为在栈中; 
 8     stack[top]=u;//栈顶 
 9     top++;
10     for(int i=head[u];i!=-1;i=edge[i].next)// 以建图顺序枚举此点所连的边 
11     {
12         int v=edge[i].to;//搜索到的点 
13         if(!vis[v])//如果未搜索过即未入栈 
14         {
15             dfs(v);//继续以此点进行深搜 
16             low[u]=min(low[u],low[v]);//更新low值,此边为树枝边所以比较u此时的
17         }                           // low值(未更新时就是其dfn值)和v的low值
18         else 
19             if(insta[v]==true)//如果搜索过且在栈中,说明此边为后向边或栈中横叉边
20             {
21                 low[u]=min(low[u],dfn[v]);//更新low值,比较u此时的low值和v的dfn值 
22             }
23     }
24 
25     if(low[u]==dfn[u])//相等说明找到一个强连通分量 
26     {
27         while(top>0&&stack[top]!=u)//开始退栈一直退到 u为止 
28         {
29             top--;
30             insta[stack[top]]=false;
31         }
32     }
33 }
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