判断欧拉回路是否存在的方法

本文介绍了判断图中是否存在欧拉回路的三种算法:无向图中所有顶点度数为偶数;有向图中各顶点入度等于出度;混合图通过构建网络模型并使用最大流算法来解决。

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原文链接:http://blog.sina.com.cn/s/blog_63509b890100rev7.html

正文:
判断一个图中是否存在欧拉回路(每条边恰好只走一次,并能回到出发点的路径),在以下三种情况中有三种不同的算法:

一、无向图
每个顶点的度数都是偶数,则存在欧拉回路。

二、有向图(所有边都是单向的)
每个节顶点的入度都等于出度,则存在欧拉回路。

以上两种情况都很好理解。其原理就是每个顶点都要能进去多少次就能出来多少次。

三、混合图(有的边是单向的,有的边是无向的。常被用于比喻城市里的交通网络,有的路是单行道,有的路是双行道。)
找到一个给每条无向的边定向的策略,使得每个顶点的入度等于出度,这样就能转换成上面第二种情况。这就可以转化成一个二部图最大匹配问题。网络模型如下:

  1. 新建一个图。
  2. 对于原图中每一条无向边i,在新图中建一个顶点e(i);
  3. 对于原图中每一个顶点j,在新图中建一个顶点v(j)。
  4. 如果在原图中,顶点j和k之间有一条无向边i,那么在新图中从e(i)出发,添加两条边,分别连向v(j)和v(k),容量都是1。
  5. 在新图中,从源点向所有e(i)都连一条容量为1的边。
  6. 对于原图中每一个顶点j,它原本都有一个入度in、出度out和无向度un。显然我们的目的是要把所有无向度都变成入度或出度,从而使它的入度等于总度数的一半,也就是(in + out + un) / 2(显然与此同时出度也是总度数的一半,如果总度数是偶数的话)。当然,如果in已经大于总度数的一半,或者总度数是奇数,那么欧拉回路肯定不存大。如果in小于总度数的一半,并且总度数是偶数,那么我们在新图中从v(j)到汇点连一条边,容量就是(in + out + un) / 2 – in,也就是原图中顶点j还需要多少入度。

按照这个网络模型算出一个最大流,如果每条从v(j)到汇点的边都达到满流量的话,那么欧拉回路成立。

判断是否存在欧拉回路可以使用Fleury算法,具体步骤如下: 1. 对于无向图,判断每个顶点的度数是否为偶数;对于有向图,判断每个顶点的入度和出度是否相等。 2. 如果有顶点的度数不为偶数(或者入度和出度不相等),则该图不存在欧拉回路,直接返回。 3. 选择任意一个顶点作为起点,进行深度优先搜索(DFS)。 4. 在DFS过程中,遍历到的每条边都标记为已访问,同时记录下已访问的边的数量。 5. 如果当前节点的所有出边都已经访问过,则回溯到上一个节点,继续搜索其它的出边。 6. 如果已访问的边的数量等于图中边的总数,则该图存在欧拉回路,返回True;否则不存在欧拉回路,返回False。 以下是用C语言实现判断是否存在欧拉回路的示例代码: ``` #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define MAX_VERTEX_NUM 100 // 图的邻接矩阵表示法 typedef struct { int vertex[MAX_VERTEX_NUM]; // 顶点数组 int edge[MAX_VERTEX_NUM][MAX_VERTEX_NUM]; // 邻接矩阵 int vertex_num; // 顶点数量 int edge_num; // 边数量 } Graph; // DFS遍历图 void DFS(Graph* graph, int vertex, int* visited, int* edge_count, int* exist_euler_circuit) { visited[vertex] = 1; // 标记当前节点已访问 // 遍历所有的出边 for (int i = 0; i < graph->vertex_num; i++) { if (graph->edge[vertex][i] > 0 && !visited[i]) { // 当前节点到i的边存在且i未被访问 (*edge_count)++; // 记录已访问的边的数量 DFS(graph, i, visited, edge_count, exist_euler_circuit); // 继续搜索 } } // 如果当前节点的所有出边都已经访问过,则回溯到上一个节点 if (*edge_count == graph->edge_num) { (*exist_euler_circuit) = 1; // 存在欧拉回路 return; } } // 判断是否存在欧拉回路 int has_euler_circuit(Graph* graph) { int visited[MAX_VERTEX_NUM] = { 0 }; // 记录每个节点是否已访问 int edge_count = 0; // 记录已访问的边的数量 int exist_euler_circuit = 0; // 是否存在欧拉回路 // 判断每个顶点的度数是否为偶数 for (int i = 0; i < graph->vertex_num; i++) { int degree = 0; for (int j = 0; j < graph->vertex_num; j++) { degree += graph->edge[i][j]; } if (degree % 2 != 0) { return 0; // 度数不为偶数,不存在欧拉回路 } } // 从任意一个顶点开始进行DFS DFS(graph, 0, visited, &edge_count, &exist_euler_circuit); return exist_euler_circuit; } int main() { Graph graph = { {0, 1, 2, 3, 4}, { {0, 1, 0, 1, 0}, {1, 0, 1, 1, 1}, {0, 1, 0, 1, 1}, {1, 1, 1, 0, 1}, {0, 1, 1, 1, 0} }, 5, 10 }; if (has_euler_circuit(&graph)) { printf("存在欧拉回路\n"); } else { printf("不存在欧拉回路\n"); } return 0; } ```
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