• 图的连通性基础


    一 无向图的连通性

    在无向图中,如果从节点 vi 到节点 vj 有路径,则称节点 vi 和节点 vj 是连通的。如果图中任意两个节点都是连通的,则称图为连通图。下图就是一个连通图。

    无向图G的极大连通子图成为图G的连通分量。极大连通子图是图G连通子图,如果再向其中加入一个节点,则该子图不连通。连通图的连通分量就是它本身;非连通图则有两个以上的连通分量。

    例如,下图有3个连通分量

    二 有向图的连通性

    在有向图中,如果图中任意两个节点从 vi 到 vj 都有路径,且从 vj 到 vi 也有路径,则称图 G 为强连通图。

    有向图 G 的极大连通子图被称为 G 的强连通分量。极大强连通子图是图 G 的强连通子图,如果再向图中加入一个节点,则该子图不再是强连通的、

    下图中,a 图是强连通图,b 不是强连通图,c 是 b 的强连通分量。

    三 无向图的桥和割点

    桥是连接河两岸的交通要道,桥断了,则河两岸不再连通。在图中,桥也有同样的含义,如下图所示,去掉 5-8 后,图分裂为两个互不连通的子图,边 5-8 为图 G 的桥,同样,边 5-7 也为图 G 的桥。

    如果去掉无向连通图 G 中的一条边 e 后,图 G 分裂为两个互不相连的子图,那么 e 为图 G 的桥或割边。

    在日常网络中有很多路由器使网络连通,有的路由器坏了也无关紧要,网络仍然连通,但若非常关键的路由器坏了,则网络将不再连通。如下图中,如果节点 5 的路由器坏了,图 G 将不再连通,会分裂为 3 个互不相连的子图,则节点 5 称为图 G 的割点。

    如果去掉无向连通图 G 中的一个点 v 及与 v 关联的所有边后,图 G 分裂为两个或两个以上不相连的子图,那么 v 为图 G 的割点。

    注意:删除边时,只把边删除即可,不要删除与边关联的点;而删除割点时,要删除该点及其关联的所有边。

    割点与桥的关系:有割点不一定有桥,有桥一定有割点,桥一定是割点依附的边。

    四 无向图的双连通分量

    如果在无向图中不存在桥,则称它为边双连通图。在边双连通图中,在任意两个点之间都存在两条及以上路径,且路径上的边互不重复。

    如果在无向图中不存在割点,则称它为点双连通图。在点双连通图中,如果节点数大于2,则在任意两个点间都存在两条或以上的路径,且路径上的点互不重复。

    无向图的极大双连通子图被称为边双连通分量。无向图的极大点双连通子图称为点双连通。两者被统称为双连通分量。

    五 双连通分量的缩点

    把每一个边双连通分量都看作一个点,把桥看作连接两个缩点的无向边,可得到一棵树,这种方法被称为 e-DCC 缩点。

    例如,在下图中有两个桥:5-7 和 5-8,将每个桥的边都保留,将每个桥的边都保留,将桥两端的边双连通分量缩为一个点,生成一棵树。

    注意:边双连通分量是删除桥之后留下的连通块,但点双连通分量并不是删除割点后留下的连通块。

    在图 G 中有两个割点(5和8)及4个点连通分量,如下图所示。

    把每一个点双连通分量 v-DCC 都看作一个点,把割点看作是一个点,每个割点都包含它的 v-DCC连接一条边,得到一棵树,这种方法被称为 v-DCC 缩点。

    例如,在图 G 中有两个割点 5 和 8,前 3 个点双连通分量都包含 5,因此从 5 向它们引一条边,后两个点双连通分量都包含 8,因此从 8 向它们引一条边。

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