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一、什么是二分图

定义:如果能将一个图的节点集合分割成两个独立的子集 A 和 B ,并使图中的每一条边的两个节点一个来自 A 集合,一个来自 B 集合,就将这个图称为二分图 。

例子1:

在这里插入图片描述

这不是一个二分图,因为不能将节点分割成两个独立的子集,以使每条边都连通一个子集中的一个节点与另一个子集中的一个节点

例子2:

在这里插入图片描述

这是一个,可以将节点分成两组: {0, 2} 和 {1, 3}

二、如何判断一个图是不是二分图

对于图中的任意两个节点 u 和 v,如果它们之间有一条边直接相连,那么 u 和 v 必须属于不同的集合。

如果给定的无向图连通,那么我们就可以任选一个节点开始,给它染成红色。随后我们对整个图进行遍历,将该节点直接相连的所有节点染成绿色,表示这些节点不能与起始节点属于同一个集合。我们再将这些绿色节点直接相连的所有节点染成红色,以此类推,直到无向图中的每个节点均被染色。

如果我们能够成功染色,那么红色和绿色的节点各属于一个集合,这个无向图就是一个二分图;如果我们未能成功染色,即在染色的过程中,某一时刻访问到了一个已经染色的节点,并且它的颜色与我们将要给它染上的颜色不相同,也就说明这个无向图不是一个二分图。

算法的流程如下:

我们任选一个节点开始,将其染成红色,并从该节点开始对整个无向图进行遍历;

在遍历的过程中,如果我们通过节点 u 遍历到了节点 v(即 u 和 v 在图中有一条边直接相连),那么会有两种情况:

如果 v 未被染色,那么我们将其染成与 u 不同的颜色,并对 v 直接相连的节点进行遍历; 如果 v 被染色,并且颜色与 u 相同,那么说明给定的无向图不是二分图。我们可以直接退出遍历并返回 False 作为答案。

当遍历结束时,说明给定的无向图是二分图,返回 True 作为答案。

我们可以使用「深度优先搜索」或「广度优先搜索」对无向图进行遍历,下文分别给出了这两种搜索对应的代码。

2.1 深度优先遍历 vector visited; bool ok = true; void dfs(vector& graph, int thisnode, int lastnode) { if (lastnode == -1) { } else { if (visited[thisnode] == -1)//这个节点还未访问 { visited[thisnode] = visited[lastnode] ^ 1; } else//这个节点访问过 { if (visited[thisnode] ^ 1 != visited[lastnode]) { ok = false; } return; } } for (int i = 0; i < graph[thisnode].size(); i++) { dfs(graph, graph[thisnode][i], thisnode); } } //参数graph:graph[i]是一个容器,装有与节点i相连的节点 bool isBipartite(vector& graph) { visited.resize(graph.size(), -1); for (int i = 0; i < graph.size(); i++) { if (visited[i] == -1) { visited[i] = 0; dfs(graph, i, -1); } } return ok; } 复制代码 2.2广度优先遍历 class Solution { public: vector visited; bool isBipartite(vector& graph) { visited.resize(graph.size(), -1); queue q; for (int i = 0; i < graph.size(); i++) { if (visited[i] == -1) { visited[i] = 0; q.push(i); while (!q.empty()) { int thisnode = q.front(); q.pop(); for (int j = 0; j < graph[thisnode].size(); j++) { if (visited[graph[thisnode][j]] != -1) { if (visited[graph[thisnode][j]] == visited[thisnode]) return false; } else { visited[graph[thisnode][j]] = visited[thisnode] ^ 1; q.push(graph[thisnode][j]); } } } } } return true; } }; 复制代码


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