tarjan算法

tarjan算法

一種由Robert Tarjan提出的求解有向圖強連通分量的線性時間的算法。

算法介紹

如果兩個頂點可以相互通達,則稱兩個頂點 強連通(strongly connected)。如果有向圖G的每兩個頂點都強連通,稱G是一個 強連通圖。有向圖的極大強連通子圖,稱為 強連通分量(strongly connected components)。

下圖中,子圖{1,2,3,4}為一個強連通分量,因為頂點1,2,3,4兩兩可達。{5},{6}也分別是兩個強連通分量。

Tarjan算法是用來求有向圖的強連通分量的。求有向圖的強連通分量的Tarjan算法是以其發明者Robert Tarjan命名的。Robert Tarjan還發明了求雙連通分量的Tarjan算法。

Tarjan算法是基於對圖深度優先搜尋的算法,每個強連通分量為搜尋樹中的一棵子樹。搜尋時,把當前搜尋樹中未處理的節點加入一個堆疊,回溯時可以判斷棧頂到棧中的節點是否為一個強連通分量。

定義DFN(u)為節點u搜尋的次序編號(時間戳),Low(u)為u或u的子樹能夠追溯到的最早的棧中節點的次序號。

當DFN(u)=Low(u)時,以u為根的搜尋子樹上所有節點是一個強連通分量。

接下來是對算法流程的演示。

從節點1開始DFS,把遍歷到的節點加入棧中。搜尋到節點u=6時,DFN[6]=LOW[6],找到了一個強連通分量。退棧到u=v為止,{6}為一個強連通分量。

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返回節點5,發現DFN[5]=LOW[5],退棧後{5}為一個強連通分量。

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返回節點3,繼續搜尋到節點4,把4加入堆疊。發現節點4向節點1有後向邊,節點1還在棧中,所以LOW[4]=1。節點6已經出棧,(4,6)是橫叉邊,返回3,(3,4)為樹枝邊,所以LOW[3]=LOW[4]=1。

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繼續回到節點1,最後訪問節點2。訪問邊(2,4),4還在棧中,所以LOW[2]=DFN[4]=5。返回1後,發現DFN[1]=LOW[1],把棧中節點全部取出,組成一個連通分量{1,3,4,2}。

至此,算法結束。經過該算法,求出了圖中全部的三個強連通分量{1,3,4,2},{5},{6}。

可以發現,運行Tarjan算法的過程中,每個頂點都被訪問了一次,且只進出了一次堆疊,每條邊也只被訪問了一次,所以該算法的時間複雜度為O(N+M)。

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