实现求欧拉回路算法(C++)

本文介绍了一种基于DFS的欧拉回路算法实现方法,包括图的邻接矩阵构造、连通性判断、欧拉回路的存在性验证及具体路径查找。适用于无向图和有向图。

一、算法介绍及实现过程:

  1. 程序的输入为对应图的结点数和图中与各结点相连的点的编号。(注:无向图中的多重边和自环需多次输入;有向图中的多重边需多次输入)
  2. 程序的第一步是求出图的邻接矩阵。邻接矩阵反映了点与点之间的关系,通过输入各结点相连的点的编号,建立邻接矩阵,并打印出来。
  3. 程序的第二步是判断图的连通性。我主要采用了DFS,即暴力递归的方法。无向图中若存在欧拉回路,则必然是连通的;有向图中若存在欧拉回路,则必然是强连通的。因此,二者均可采用同种遍历方法:从一点出发向下遍历,标记经过的点(遇到标记过的点,则直接跳过),最后检查是否所有的点均被标记。区别在于,无向图选取任意一点作为起始点,结果相同;但有向图,从某一点开始未能标记全部点,只能说明该图不是强连通图(不能证明其不连通),但可以确定其不存在欧拉回路。
  4. 程序的第三步是判断是否有欧拉回路。运用知识点:无向图有欧拉回路,则无奇度顶点;有向图有欧拉回路,则所有顶点的出度等于入度。使用双层循环遍历邻接矩阵,对无向图求每行的和,并判断是否为偶数;对有向图分别求第n行和第n列的和,并判断二者是否相等。
  5. 程序的最后一步是在有欧拉回路的情况下,输出一条欧拉回路。这里,我同样采用了DFS,但准确的来说,是逐步插入回路法,也称Hierholzer 算法。该算法的核心思想是逐个寻找回路,过程中删除经过的路线,并通过回溯,从一个回路末端进入到下一个回溯的入口,并把相应的点加入到路线中。通俗的说,就是不断地寻找图中的回路,并把沿途路线删掉,找到了一个回路,就相当于从图中删除了这个回路,对欧拉图而言,删掉了一个回路,剩下部分的仍然构成欧拉图,然后回溯到上一个非末端点(把末端点加入路线),继续寻找回路。直到找到了所有的回路,这些回路的路线连起来就构成了一条欧拉回路,之后,开始回溯,把该路线记录下来。

二、算法的表示框图:

1、总体框架

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### C++ 实现欧拉回路算法 为了在连通无向图中找到欧拉回路,可以采用 Fleury 算法或 Hierholzer 算法。Hierholzer 算法更为高效,在实际编程竞赛和工程实践中更常用。 #### Hierholzer 算法简介 该算法的核心思想是从任意起点出发,沿着未访问过的边行走直到无法继续为止形成一个环。如果此时还有其他未访问的边,则从未被访问且与当前路径相连的一个顶点重新开始上述过程,最终会得到完整的欧拉回路[^1]。 #### 数据结构准备 - 使用邻接表表示图。 - 记录每个节点的度数来判断是否存在欧拉回路的可能性。 ```cpp #include <iostream> #include <vector> using namespace std; const int MAXN = 1e5 + 7; int deg[MAXN]; // 存储各点入度/出度之和 bool vis[MAXN]; vector<int> adj[MAXN], path; // 邻接表存储图以及记录路径 ``` #### 判断条件 对于无向图来说,要存在欧拉回路当且仅当所有结点均为偶数度;而半欧拉图则允许恰好有两个奇数度结点作为起始端点[^3]。 #### 构建函数 初始化读取输入并构建图形数据结构: ```cpp void buildGraph(int n, int m){ memset(deg,0,sizeof(deg)); while(m--){ int u,v; cin>>u>>v; ++deg[u],++deg[v]; adj[u].push_back(v); adj[v].push_back(u); } } ``` #### 寻找欧拉回路核心逻辑 从任一非零度节点开始DFS遍历整个图直至回到原点完成闭合循环: ```cpp void dfs(int node){ for(auto &next : adj[node]){ if(!vis[next]){ vis[next]=true; dfs(next); } } path.push_back(node); } // 主程序入口处调用此方法启动搜索流程 for(int i=1;i<=n;++i)if(deg[i]>0){dfs(i);break;} reverse(path.begin(),path.end()); ``` 以上即为基于C++语言实现欧拉回路查找算法框架。需要注意的是这里给出的是简化版代码片段用于说明原理,具体题目可能还需要考虑更多边界情况处理等问题。
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