1021. Deepest Root

本文介绍了一种算法,用于在给定的图中找到能够使树高度最大的根节点,包括如何判断给定的图是否构成一棵树,并通过两次深度优先搜索来确定最深的根节点。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

Deepest Root

A graph which is connected and acyclic can be considered a tree. The height of the tree depends on the selected root. Now you are supposed to find the root that results in a highest tree. Such a root is called the deepest root.

Input Specification:

Each input file contains one test case. For each case, the first line contains a positive integer N (<=10000) which is the number of nodes, and hence the nodes are numbered from 1 to N. Then N-1 lines follow, each describes an edge by given the two adjacent nodes’ numbers.

Output Specification:

For each test case, print each of the deepest roots in a line. If such a root is not unique, print them in increasing order of their numbers. In case that the given graph is not a tree, print “Error: K components” where K is the number of connected components in the graph.

Sample Input 1:

5
1 2
1 3
1 4
2 5

Sample Output 1:

3
4
5

Sample Input 2:

5
1 3
1 4
2 5
3 4

Sample Output 2:

Error: 2 components

题意

给定结点个数n以及 n - 1 条边。

首先判断这些结点是否构成树,即是否满足条件:所有结点连通,且不存在环。如果不是树,则输出结点构成的连通块的个数。

如果构成树,则输出结点,使得以该结点作为根结点能使树的高度最高,如果存在多个这样的结点,则按照从小到大顺序全部输出。

思路

判断是否是树,可以用并查集。如果最终得到的集合个数大于1,就说明不是树。并不需要去判断是否存在环,原因在于题目中给定了 n - 1 条边,如果只有一个连通块,那么就符合以下定理:满足连通、边数等于顶点数减1的结构一定是一颗树。如果存在环,那么 n - 1 条边至少会有两个连通块。

寻找最深根可以按照以下方法:

  1. 以任一结点i为根节点,找到离该结点最远的结点j,则结点j是最深根之一,若存在多个符合的结点,则构成一个集合A;
  2. 以第一步找到的集合A中的任一结点为根节点,搜寻所有离该结点最远的结点,构成集合B;
  3. 集合A和集合B中所有结点即为所求最深根。

该方法正确性的具体证明可参考 《pat1021Deepest Root (25)》


代码实现

#include <cstdio>
#include <vector>
#include <set>
#include <cstring>
using namespace std;

const int maxn = 100001;

int father[maxn];                   // 并查集父结点数组
bool root[maxn] = {false};          // 记录结点i是否是根节点
bool visit[maxn] = {false};         // DFS中结点i是否已访问
vector<int> adj[maxn];              // 邻接表
int maxLevel = 0;                   // 记录最大深度
set<int> ans, temp;                 // ans记录最终根结点集合,temp记录单次DFS中根结点集合

/* 父结点数组初始化 */
void initialize(int n)
{
    for (int i = 1; i <= n; i++)
        father[i] = i;
}

/* 寻找根结点,并压缩路径 */
int findRoot(int x)
{
    if (x == father[x])
        return x;

    int root = findRoot(father[x]);
    father[x] = root;       // 压缩路径
    return root;
}

/* 合并集合 */
void unite(int a, int b)
{
    int rootA = findRoot(a);
    int rootB = findRoot(b);
    if (rootA != rootB)         // 分属不同集合则合并
        father[rootA] = rootB;
}

void DFS(int v, int level)      // v为当前访问结点,level为当前结点深度
{
    bool flag = true;       // 判断与当前结点相连的所有结点是否已经全部访问

    visit[v] = true;        // 标记当前结点已访问
    for (int i = 0; i < adj[v].size(); i++)
    {
        int id = adj[v][i];
        if (visit[id] == false)
        {
            flag = false;
            DFS(id, level + 1);
        }
    }
    visit[v] = false;       // 恢复当前结点为未访问


    if (flag)       // 所有邻接点已全部访问
    {
        if (level > maxLevel)
        {
            maxLevel = level;
            temp.clear();       // 清空根结点集合
            temp.insert(v);     // 插入新根结点
        }
        else if (level == maxLevel)
            temp.insert(v);     // 直接插入新根结点
    }
}

int main()
{
    int n;
    int a, b;
    int numRoot = 0;            // 记录集合个数
    set<int>::iterator it;

    scanf("%d", &n);
    initialize(n);
    for (int i = 0; i < n - 1; i++)
    {
        scanf("%d%d", &a, &b);
        unite(a, b);            // 合并集合
        adj[a].push_back(b);
        adj[b].push_back(a);
    }

    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
        int x = findRoot(i);
        if (!root[x])           // 属于新集合
        {
            root[x] = true;
            numRoot++;
        }
    }

    if (numRoot > 1)
        printf("Error: %d components", numRoot);
    else
    {
        DFS(1, 1);          // 第一次DFS遍历
        ans = temp;         // 将第一次遍历得到的结果存入ans
        it = ans.begin();
        DFS(*it, 1);        // 从集合中任选一个进行第二次DFS遍历
        for (it = temp.begin(); it != temp.end(); it++)         // 将第二次结果存入ans
            ans.insert(*it);
    }

    for (it = ans.begin(); it != ans.end(); it++)
        printf("%d\n", *it);

    return 0;
}
# -*- coding: utf-8 -*- '''请在Begin-End之间补充代码, 完成BinaryTree类''' class BinaryTree: # 创建左右子为空的结点 def __init__(self, rootObj): self.key = rootObj # 成员key保存结点数据项 self.leftChild = None # 成员leftChild初始化为空 self.rightChild = None # 成员rightChild初始化为空 # 把newNode插入到的左子 def insertLeft(self, newNode): if self.leftChild is None: self.leftChild = BinaryTree(newNode) # 左子指向由newNode所生成的BinaryTree else: t = BinaryTree(newNode) # 创建一个BinaryTree类型的新结点t t.leftChild = self.leftChild # 新结点的左子指向原来的左子 self.leftChild = t # 结点的左子指向结点t # 把newNode插入到的右子 def insertRight(self, newNode): if self.rightChild is None: # 右子指向由newNode所生成的BinaryTree # ********** Begin ********** # self.rightChild = BinaryTree(newNode) # ********** End ********** # else: t = BinaryTree(newNode) t.rightChild = self.rightChild self.rightChild = t # ********** End ********** # # 取得右子,返回值是一个BinaryTree类型的对象 def getRightChild(self): # ********** Begin ********** # return self.rightChild # ********** End ********** # # 取得左子 def getLeftChild(self): # ********** Begin ********** # return self.leftChild # ********** End ********** # # 设置结点的值 def setRootVal(self, obj): # 将结点的值赋值为obj # ********** Begin ********** # self.key = obj # ********** End ********** # # 取得结点的值 def getRootVal(self): # ********** Begin ********** # return self.key # ********** End ********** # # 主程序 input_str = input() nodes = input_str.split(',') # 创建节点 root = BinaryTree(nodes[0]) # 插入左子和右子 if len(nodes) > 1: root.insertLeft(nodes[1]) if len(nodes) > 2: root.insertRight(nodes[2]) # 前三行输出:对创建的二叉按编号顺序输出结点 print(root.getRootVal()) left_child = root.getLeftChild
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03-18
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