有向树

本文介绍了一种算法,用于判断给定的有向图是否构成一棵树。该算法通过检查根节点的存在唯一性和每个非根节点是否有且仅有一条指向它的边来实现。此外,还提供了一个示例输入和输出,以及完整的C++代码实现。

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Description

判断一个有向图是否为树,一般需要满足以下两个个条件:

1. 有且仅有一个节点,为根节点,没有任何有向边指向该节点

2. 除了根节点的任意节点,有且仅有一条有向边指向这个节点

Input

输入首先为边的数目,然后包含一串数字,数字成对出现,前一个数字表示有向边的开始节点,后一个数字表示有向边的终点。

Output

你的程序需要首先判断是否为树,如果是树,则输出tree,并输出树的高度,用空格隔开

如果不是树,则输出not tree,并输出不满足的条件1或者2,用空格隔开。如果两个条件都不满足,输出not tree 1即可

Sample Input

56 8 5 3 5 2 6 4 5 6

Sample Output

tree 3

HINT

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <algorithm>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <string>
#include <cmath>
#include <vector>
#include <queue>
#define pa pair<int, int>
#define LL long long
  
using namespace std;
 
int m, x, y, count0, count1, maxn, n, depth, tot, root;
int first[100000], d[100000];
bool vi[100000];
struct Edge {
    int to, nxt;
} e[200000];
 
 
void Add_Edge(int x, int y) {
    e[++tot].to = y; e[tot].nxt = first[x]; first[x] = tot;
}
 
void dfs(int x, int d) {
    depth = max(depth, d);
    for (int i = first[x]; i; i = e[i].nxt) {
        dfs(e[i].to, d+1);
    }
}
 
int main () {
    scanf("%d", &m);
    maxn = 0;
    tot = 0;
    memset(vi, 0, sizeof(vi));
    memset(first, 0, sizeof(first));
    for (int i = 1; i <= m; i++) {
        scanf("%d%d", &x, &y);
        Add_Edge(x, y);
        vi[x] = 1;
        vi[y] = 1;
        d[y]++;
        maxn = max(maxn, max(x, y));
    } 
     
    count0 = count1 = 0;
    for (int i = 0; i <= maxn; i++)
        if (vi[i]) {
            n++;
            if (d[i] == 0) {
                count0++;
                root = i;
            }
            if (d[i] == 1) count1++;
        }
     
    if (count0 != 1) puts("not tree 1");
    else if (count1 != n-1) puts("not tree 2");
    else {
        depth = 0;
        dfs(root, 1);
        printf("tree %d\n", depth);
    }
 
     
    return 0;
}
 
/**************************************************************
    Problem: ****
    User: ****
    Language: C++
    Result: Accepted
    Time:4 ms
    Memory:3724 kb
****************************************************************/

### 有向树数据结构特性及总结 #### 定义与基本性质 有向树是一种特殊的有向图,它具有树形结构的特点,并且所有的边都带有方向。具体来说,有向树满足以下条件: - 存在一个唯一的节点被称为根节点,该节点没有入度(即没有任何指向它的边)。 - 所有的其他节点都有且仅有一个前驱节点(即入度为1),并且可以通过一条路径追溯到根节点[^3]。 #### 结构特点 1. **单向连通性**:在有向树中,任意两个节点之间存在唯一的一条简单路径,这条路径的方向是从父节点指向子节点。这种单一方向的连接使得有向树非常适合用于表示层次关系或依赖关系。 2. **无环性**:由于它是基于树的定义构建起来的,因此不可能形成任何闭环或者回路。这意味着如果按照箭头所指的方向前进,则永远不会回到起点位置[^4]。 3. **分支因子**:对于每一个内部节点而言,它可以拥有多个直接后代节点(孩子节点),这个数量通常被叫做分支因子(branching factor) 。不同的应用场合下可能会有不同的最大允许值设定给定类型的有向树。 4. **高度/深度计算方式不同寻常之处在于考虑到了方向因素的影响——从某个固定参考点出发沿着指定方向移动直至达到目标为止所需经过的最大步数即为此处的高度或者是深度取决于你是站在哪一边来看待这个问题。例如当我们讨论一棵以某顶点作为源点(root vertex ) 的向外扩展出去形成的out-tree时候, 我们说这棵树的高度就是那个离得最远叶子节点距离源点多远; 而如果是in-trees情况则刚好相反过来讲法而已[^5]. #### 应用场景举例说明 - 文件系统的目录组织形式常常可以用作实例来解释什么是典型的 out-directed trees because each folder can contain subfolders but there is always one main directory at top level acting like our root node. - 另外像项目管理甘特图表中的任务安排也可以看成是一个复杂的 in-directed tree structure where final deliverable sits atop while individual milestones contribute towards completing it thus forming parent child relationships between them accordingly. ```python class TreeNode: def __init__(self, value=None): self.value = value self.children = [] def add_child(parent_node, child_value): new_child = TreeNode(child_value) parent_node.children.append(new_child) root = TreeNode('Root') add_child(root, 'Child A') add_child(root, 'Child B') print("Example of Directed Tree Structure:") for child in root.children: print(f"{root.value} -> {child.value}") ```
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