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Section-4 Connectivity 第4节 连通 - Tarjan Tarjan算法

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2023-12-01

Tarjan算法


问题:

用Tarjan算法求有向图(G)的强连通分支。


解法:

Tarjan算法定义了概念“强连通分支的根节点”。对有向图(G)中的节点(i)(范围为([0, n))),设置一个(low_i)值,表示从节点(i)出发进行DFS可以到达的所有节点中最小的节点标号。若节点(i)满足(low_i = i),则该节点为强连通分支的根节点。


Tarjan算法分为(2)个步骤:


((1))对图(G)中的所有节点进行深度优先搜索,计算每个遍历到的节点的(low)值,并将其压入栈(Stack)中;


((2))依次从栈(Stack)中取出每个节点,并放入初始为空的集合(S)中。对于刚刚进入集合的节点(i),若该节点为强连通分支的根节点,则当前集合(S)中的所有节点属于一个强连通分支。将它们全部取出作为一个强连通分支,将集合(S)清空,然后继续从栈(Stack)中取出节点,重复该操作。


Tarjan Tarjan算法 - 图1


节点的low值分别为([0_0, 0_1, 0_2, 0_3, 4_4, 5_5]),遍历顺序为([0, 1, 3, 2, 4, 5]),依次压入栈后得到(Stack = [5, 4, 2, 3, 1, 0])。


((1))将节点(5)放入集合(S = [5]),节点(low_5 = 5),即节点(5)为强连通分支的根节点,因此([5])为一个强连通分支,将集合(S)清空;


((2))将节点(4)放入集合(S = [4]),节点(low_4 = 4),即节点(4)为强连通分支的根节点,因此([4])为一个强连通分支,将集合(S)清空;


((3))将节点(2)放入集合(S = [2]),节点(low_2 = 0),不做任何操作;


((4))将节点(3)放入集合(S = [2, 3]),节点(low_3 = 0),不做任何操作;


((5))将节点(1)放入集合(S = [2, 3, 1]),节点(low_1 = 0),不做任何操作;


((6))将节点(0)放入集合(S = [2, 3, 1, 0]),节点(low_0 = 0),即节点(0)为强连通分支的根节点,因此([2, 3, 1, 0])为一个强连通分支,将集合(S)清空;


((7))栈(Stack)为空,算法结束。最终得到的强连通分支有(3)个,分别为([5])、([4])、([2, 3, 1, 0]);


在有(N)个节点的有向图(G)上运行Tarjan算法的时间复杂度为(O(N))。


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