无向图的所有环

无向图的所有环

无向图在实际应用中是极其常见的一种抽象形式,几乎所有能抽象为两两关系的数据都能转化为无向图,每个环都包含了许多有价值的信息,例如交通网络中的无向图的环表示一个连通的路线,因此,求它的所有环具有十分重要的现实意义。

在此,我们使用最经典的DFS寻找无向图的所有环。

实现过程

  1. 选取任意一个顶点作为起点,然后以该顶点为起点开始进行深度优先搜索。
  2. 记录当前搜索路径上已经访问过的所有顶点,并将这些顶点保存在列表中。
  3. 在搜索时,对于每个邻居节点,若它已经被访问过,则检查它是否在当前路径上(即是否是之前经过的顶点之一),如果是,则表示找到了一条环,输出环中包含的所有顶点。
  4. 继续深度优先搜索,直到所有路径都被遍历完。

python代码

# G:无向图的邻接表、length:长度为length的环、path:环的路径、circles:存储每个环的节点
def find_cir_starts_with(G, length, path, circles):
    l, last = len(path), path[-1]
    if l == length - 1:  # choose the final node in the circle
        for i in G[last]:
            if (i > path[1]) and (i not in path) and (path[0] in G[i]):
                print(path + [i])
                circles.append(path + [i])  # 找到环,存入circles
    else:
        for i in G[last]:  # choose internal nodes in the circle
            if (i > path[0]) and (i not in path):
                find_cir_starts_with(G, length, path + [i], circles)

def find_cir_of_length(G, n, length, circles):
    for i in range(1, n - length + 2):  # 找i节点开头的所有环(i=1,2,...)
        find_cir_starts_with(G, length, [i], circles)

# 将所有环存入全局变量circles中
def find_all_cirs(G, n, circles):
    for i in range(3, n + 1):  # 找长度为i的所有环(i=3,4,...)
        find_cir_of_length(G, n, i, circles)

测试代码如下:

circles = []
G = {
    1: [2, 5],
    2: [1, 3],
    3: [2, 4],
    4: [3, 5],
    5: [1, 4],
    6: [7, 10],
    7: [6, 8],
    8: [7, 9],
    9: [8, 10],
    10: [6, 9],
    11: [12, 15],
    12: [11, 13],
    13: [12, 14],
    14: [13, 15],
    15: [11, 14]
}

find_all_cirs(G, len(G.keys()), circles)

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