poj 3352 Road Construction

双连通分量

题意：比较裸的题意，就是给一个无向图，问添加多少条边后能使整个图变成双连通分量

分析：建议先学了双连通分量的相关知识，因为这题是算是个模板题（我自己写了模板，过了这题，但是还没有充分测试），如果没学好相关知识即便这个模板题也不好懂

双连通分量分为【点双连通分量，边双连通分量】，这题是个边双连通分量，就是要求出整个图的边双连通分量，然后缩点，然后找出缩点后每个点的度，度为1的点其实是树叶，答案就是(leaf+1)/2去上整，为什么是这个答案，网上的解释是，每次找到两个叶子他们的最近公共祖先最远，然后给这两个叶子连一条边，然后依次找出这样的点，所以是(leaf+1)/2

现在为问题就是1.怎么缩点。2.怎么统计缩点后的度

 

 ////////////  注意一点  ///////////////////

这题的题意是保证了图是连通的，所以才有上面的计算公式，所以只要dfs一次，如果图不连通，可能要dfs多次，并且不是上面的计算公式(leaf+1)/2

 

两种做法：

1.简化tarjan，在边双连通分量中，每个点low[u]其实已经记录是这个点u是属于哪个边双连通分量了，low[u] = low[v] ，那么点u和点v在一个边双连通分量中，所以我们可以不用急着找什么连通分量，我们先运行一次dfs，把那个顶点的low都计算出来，然后我们查看原图的每一条边（u，v），看看原图的两个点u，v是不是属于不同的连通分量，是的话，缩点后它们之间就有一条边，那么就要统计它们的度。统计完后就可以知道哪些是叶子了

2.上面的做法，是在dfs后再处理边双连通分量的，可以一边dfs，一边就找到边双连通分量呢？是可以，这个方法才是要讲的重点

首先有几个知识点

先搞清楚，树边，后向边，前向边，横叉边是什么，维基百科有讲解

对原图缩点后，变成了一棵无根树，树的边是什么?其实就是原图的桥，所以，我们可以在dfs过程中把所有的桥保存下来，放在一个表中，然后dfs完后，直接去查看那个表，桥的两端是两个点，这两个点是一个属于两个不同的边双连通分量的，所以我们可以直接统计这些缩点的度

判断桥的条件比较简单，对于一条树边（注意是树边），在dfs过程中是从u到v的（可以看做u是v的父亲），且满足low[v] > dfn[u] ， 那么无向边(u,v)就是桥，就可以把这条边保存在表中

另外在这个dfs中借助了栈（方法1可以用栈，也可以不用，因为方法1简化了tarjan），在dfs过程中访问了点就不断入栈。在找到一条桥后，就准备将一些点出栈，因为这些准备出栈的点都是属于一个边双连通分量的，出栈的终于条件是，点v最后出来，点u不能出，注意，点u不能，点u不是属于点v的那个连通分量的，因为桥（u，v）分开了他们

 

方法1：简化了tarjan的过程，注意vis的意思，其实它的作用代替了栈的作用，vis[i]=0,1,2分别表示还没访问，已经访问但是还没退出，访问完并退出，它表示的是一种时间上的顺序

这个代码跑得快，0ms

#include <iostream>

#include <cstdio>

#include <cstring>

using namespace std;

#define N 1010

#define M 1010

#define INF 0x3f3f3f3f



int n,tot;

int head[N];

struct edge

{

    int u,v,next;

}e[2*M];

int dfn[N],low[N],vis[N],dcnt,bcnt,de[N];



inline int min(int x , int y)

{

    return x<y ? x:y;

}



void add(int u ,int v ,int k)

{

    e[k].u = u; e[k].v = v;

    e[k].next = head[u]; head[u] = k++;

    u = u^v; v = u^v; u = u^v;

    e[k].u = u; e[k].v = v;

    e[k].next = head[u]; head[u] = k++;

}



void dfs(int u ,int fa)

{

    dfn[u] = low[u] = ++dcnt;

    vis[u] = 1;

    for(int k=head[u]; k!=-1; k=e[k].next)

    {

        int v = e[k].v;

        if(v == fa) continue;

        if(!vis[v]) //树边

        {

            dfs(v,u);

            low[u] = min(low[u] , low[v]);

        }

        else if(vis[v] == 1) //后向边

            low[u] = min(low[u] , dfn[v]);

        //如果是横叉边为vis[v] == 2 , 跳过

    }

    vis[u] = 2;

}



void solve()

{

    memset(dfn,0,sizeof(dfn));

    memset(de,0,sizeof(de));

    memset(vis,0,sizeof(vis));

    dcnt = bcnt = 0;

    for(int i=1; i<=n; i++)

        if(!vis[i])

            dfs(i,i);

    for(int u=1; u<=n; u++)

        for(int k=head[u]; k!=-1; k=e[k].next)

        {

            int v = e[k].v;

            if(low[u] != low[v]) //属于不同的边连通分量

                de[low[u]]++;

        }

    int leaf = 0;

    for(int i=1; i<=n; i++)

        if(de[i] == 1)

            leaf++;

    cout << (leaf+1)/2 << endl;

}



int main()

{

    while(cin>> n >> tot)

    {

        int u,v,k = 0;

        memset(head,-1,sizeof(head));

        for(int i=0; i<tot; i++,k+=2)

        {

            cin >> u >> v;

            add(u,v,k);

        }

        solve();

    }

    return 0;

}

 

 

方法2：这个代码慢啊，150ms，而且不知道模板还有没有其他的问题，至少是还没能处理重边

#include <iostream>

#include <cstdio>

#include <cstring>

using namespace std;

#define N 1010

#define M 1010

#define min(a,b) ((a)<(b)?(a):(b))



int n,tot;

int head[N],dfn[N],low[N],belong[N],de[N],stack[N],bridge[M][2],ins[N],dcnt,bcnt,top,bnum;

struct edge

{

    int u,v,next;

}e[2*M];



void add(int u ,int v ,int k)

{

    e[k].u = u; e[k].v = v; e[k].next = head[u]; head[u] = k++;

    u = u^v;  v = u^v;  u = u^v;

    e[k].u = u; e[k].v = v; e[k].next = head[u]; head[u] = k++;

}



void dfs(int u ,int fa)

{

    dfn[u] = low[u] = ++dcnt;

    stack[++top] = u; ins[u] = 1;

    for(int k=head[u]; k!=-1; k=e[k].next)

    {

        int v = e[k].v;

        if(v == fa) continue;

        if(!dfn[v]) //树边

        {

            dfs(v,u);

            low[u] = min(low[u] , low[v]);

            if(low[v] > dfn[u]) //边(u,v)为桥，可以统计一个边连通分支

            {

                //保存桥

                bridge[bnum][0] = u;

                bridge[bnum++][1] = v;

                

                ++bcnt;

                while(true)

                {

                    int x = stack[top--];

                    ins[x] = 0;

                    belong[x] = bcnt;

                    if(x == v) break;

                }//注意点u并没有出栈，因为点u属于另一个边连通分量

            }

        }

        else if(ins[v]) //后向边

            low[u] = min(low[u] , dfn[v]);

        //横叉边为（dfn[v] && !ins[v]），跳过

    }

}



void solve()

{

    memset(dfn,0,sizeof(dfn));

    memset(de,0,sizeof(de));

    memset(ins,0,sizeof(ins));

    dcnt = bcnt = top = bnum = 0;

    dfs(1,-1);

    if(top)

    {

        ++bcnt;

        while(true)

        {

            int x = stack[top--];

            ins[x] = 0;

            belong[x] = bcnt;

            if(x == 1) break;

        }

    }



    for(int i=0; i<bnum; i++) //取出所有的桥

    {

        int u = bridge[i][0];

        int v = bridge[i][1];

        de[belong[u]]++;

        de[belong[v]]++;

        //统计缩点后的的度

    }

    int leaf = 0;

    for(int i=1; i<=bcnt; i++)

        if(de[i] == 1)

            leaf++;

    cout << (leaf+1)/2 << endl;

    

//可以把下面的注释去掉，看看记录的内容，帮组理解

/*

    for(int u=1; u<=n; u++)

        cout << u << "[" << belong[u] << "]" << endl;

    for(int i=1; i<=bcnt; i++)

        cout << "[" << de[i] << "]" << endl;

    for(int i=0; i<bnum; i++)

    {

        int u = bridge[i][0], v = bridge[i][1];

        printf("桥： %d %d\n",u,v);

        printf("缩点后的边: %d %d\n",belong[u] , belong[v]);

    }

*/

}



int main()

{

    while(cin >> n >> tot)

    {

        memset(head,-1,sizeof(head));

        int u,v,k=0;

        for(int i=0; i<tot; i++,k+=2)

        {

            cin >> u >> v;

            add(u,v,k);

        }

        solve();

    }

    return 0;

}