• 单连通图的判断


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    1. 单连通图的判断算法:
      (1)对每个点进行dfs得到一棵dfs树;
      (2)判断是否存在前向边和横向边,若有则必定存在两个点之间有至少2条简单路径,因此该图不属于单连通图;
      (3)若对所有dfs树不存在(2)中情况,则该图是单连通图。
    2. 算法时间复杂度:对 V V V个点进行dfs,每次dfs的时间为 O ( V + E ) O(V+E) O(V+E),因此总时间复杂度为 O ( V ∗ ( V + E ) ) O(V*(V+E)) O(V(V+E)).
    3. 算法正确性证明:
      必要性(对于单连通图,每个点出发的dfs树中不存在前向边和横向边):假设点A,B之间存在前向边AB,根据前向边的定义,应存在另外一条由树边组成的路径A->B,不满足至多1条简单路径的要求;
      假设点A,B之间存在横向边AB,根据算法步骤易知A,B应在以某个点为根的dfs树中,设为R,那么在点R,B之间至少存在R->A->B和R->B两条路径,不满足至多1条简单路径的要求;
      充分性(对于一个图,每个点出发的dfs树中不存在前向边或横向边则是单连通图):等价于证明逆否命题,若图中A,B两个点之间存在2条路径,则一定对应存在的前向边或者横向边。设A,B之间存在路径 ( A , x 1 , x 2 , . . . , x n , B ) (A,x_1,x_2,...,x_n,B) (A,x1,x2,...,xn,B)以及 ( A , y 1 , y 2 , . . . , y m , B ) (A,y_1,y_2,...,y_m,B) (A,y1,y2,...,ym,B),
      m , n m,n m,n均大于0时,根据白色路径定理, x i x_i xi y j y_j yj以及B均为A的子孙,因此 ( x n , B ) (x_n,B) (xn,B) ( y m , B ) (y_m,B) (ym,B)必有一个是横向边;(此处有纰漏)
      m = 0 , n > 0 m=0,n>0 m=0,n>0时, ( A , B ) (A,B) (A,B)是前向边或者 ( x n , B ) (x_n,B) (xn,B)是横向边;当 m > 0 , n = 0 m>0,n=0 m>0,n=0时类同。
      以上。

    以下是老师ppt上的证明:
    大题思路相同,但我证明最后“因此 ( x n , B ) (x_n,B) (xn,B) ( y m , B ) (y_m,B) (ym,B)必有一个是横向边”的论断是错的,可以修补。

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    分为两条路径上存在v的后代和存在v的后代两种情况。第一种可以断定 ( x r , v ) (x_r,v) (xr,v) ( y t , v ) (y_t,v) (yt,v)中有一条是前向边或交叉边;第二种,存在这样一条搜索路径 u → y j → v → w → x k → v u\rightarrow y_j \rightarrow v \rightarrow w \rightarrow x_k \rightarrow v uyjvwxkv(如下图所示,标号对应关系: j = t j=t j=t k = r k=r k=r),此时 ( y k , v ) (y_k,v) (yk,v)是树边,而 ( x j , v ) (x_j,v) (xj,v)是返回边,但我们仍可以找到这样的两条边 ( x i − 1 , x i ) (x_{i-1},x_i) (xi1,xi) ( y i − 1 , y i ) (y_{i-1},y_i) (yi1,yi)其中有一条是前向边或交叉边。

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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/qq_23096319/article/details/128102492