判断二分图的python实现

本文深入探讨了如何使用深度优先搜索(DFS)算法来判断一个无向图是否为二分图。通过邻接表表示的图结构,我们定义了一个记录节点颜色的数组,用以追踪图中节点的着色情况。文章详细解释了DFS递归过程中的关键逻辑,包括节点染色、跳过已染色节点以及检测冲突等步骤。最后,通过一个具体示例展示了算法的运行过程。

给定一个无向图graph,当这个图为二分图时返回true

graph将会以邻接表方式给出,graph[i]表示图中与节点i相连的所有节点。每个节点都是一个在0到graph.length-1之间的整数。这图中没有自环和平行边: graph[i] 中不存在i,并且graph[i]中没有重复的值。

def isBipartite(graph) -> bool:
    n = len(graph)
    record = [0] * n

    def dfs(point, c):
        record[point] = c
        for i in graph[point]:
            # 访问为-c的点直接跳过
            if record[i] == -c:
                continue
            # 染色相同则不能为二分图
            elif record[i] == c:
                return False
            # 对于没访问过的点染色
            elif record[i] == 0 and not dfs(i, -c):
                return False
        return True

    for i in range(n):
        # 图不是连通的
        if record[i] == 0 and not dfs(i, 1):
            return False
    return True

示例 1:
输入: [[1,3], [0,2], [1,3], [0,2]]
输出: true
解释: 
无向图如下:
0----1
|      |
|      |
3----2
我们可以将节点分成两组: {0, 2} 和 {1, 3}。

 

 

<think>好的,我现在需要回答用户关于二分图染色算法及其实现思想的问题。首先,我需要回忆二分图的基本概念和染色法的工作原理。 用户已经提供了一些参考资料,我需要仔细阅读这些引用内容,特别是引用[1]和[3]中的信息。引用[1]提到染色法用于判断一个图是否为二分图,而引用[3]中的代码示例展示了如何用DFS进行染色,并检查是否有矛盾。 首先,二分图的定义是没有奇环的图,可以用两种颜色对顶点进行着色,使得相邻顶点颜色同。这是染色法的核心思想。我需要解释清楚算法步骤,比如选择起始点、DFS或BFS遍历、颜色标记和冲突检测。 接下来,实现思想部分需要结合代码示例。用户提供的C++代码使用了邻接表存储图结构,然后通过递归DFS进行染色。每次递归时,如果相邻节点未染色,则用相反颜色继续;如果已染色且颜色相同,则返回冲突。这部分逻辑需要详细说明。 还要注意算法的应用场景,比如判断二分图用于解决匹配问题,如匈牙利算法的基础。同时,需要提到时间复杂度,如O(V+E),适合处理大规模数据。 用户可能希望了解实际应用案例,比如课程安排、任务分配等,这部分需要结合例子说明。此外,可能需要指出算法中的注意事项,比如处理非连通图时需要检查每个连通分量。 最后,生成的相关问题需要围绕算法优化、应用场景以及与匈牙利算法的关系展开,确保问题具有针对性和延伸性。 现在需要将这些思考整理成一个结构清晰的中文回答,遵循用户的格式要求,使用正确的LaTeX语法,并在适当位置添加引用标记。</think>### 二分图染色算法详解 #### 一、核心思想 二分图染色算法通过**颜色标记法**判断图是否为二分图,本质是检测图中是否存在**奇数长度环**。若图中所有相邻顶点都能被交替染成两种同颜色且无冲突,则该图为二分图[^1]。 #### 二、算法步骤 1. **初始化**:选择任意未染色顶点作为起点,标记颜色$1$或$2$ 2. **遍历染色**:使用DFS或BFS遍历相邻节点 - 若相邻节点未染色 → 染相反颜色($3 - \text{当前颜色}$) - 若相邻节点已染色 → 检查是否与当前节点颜色同 3. **冲突检测**:发现相邻节点颜色相同 → 立即判定非二分图 #### 三、实现思想(以DFS为例) ```python def is_bipartite(graph): color = {} # 记录节点颜色: 0未染色, 1/2为两种颜色 for node in graph: if node not in color: stack = [(node, 1)] while stack: current, c = stack.pop() if current in color: if color[current] != c: return False continue color[current] = c for neighbor in graph[current]: stack.append((neighbor, 3 - c)) return True ``` **关键逻辑说明**: - 使用栈实现DFS,避免递归深度限制 - `3 - c`实现颜色交替:1→2,2→1 - 时间复杂度:$O(V+E)$,空间复杂度:$O(V)$[^3] #### 四、应用场景 1. **任务分配系统**:工人与任务匹配时验证能否形成二分图结构 2. **社交网络分析**:检测用户关系是否可划分为两个无冲突群体 3. **电路设计**:判断元件引脚能否分为两组满足连接规则 4. **匈牙利算法基础**:最大匹配问题需先确认图为二分图[^2] #### 五、注意事项 1. **非连通图处理**:需检测每个连通分量 2. **自环边检测**:若存在自环(顶点连接自己),直接判定非二分图 3. **并行优化**:对大型图可采用多线程分别处理连通分量
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