【Tarjan算法解决强连通分量问题】

强连通分量

先来介绍一下强连通分量吧,如果在某个图中所有点都能两两到达,那么这个图就是强连通图,如果这个图不是强连通图,但是某个子图是强连通图,那么这个子图就是强连通分量

Tarjan算法

对这个图进行dfs,对每个点记录一个dfs序,当dfs完他的子树的时候发现他的子树有返祖边或者连向另一块强连通分量的横插边的时候他以及他的那个能返祖到他的dfs序最大的子节点这个区间内的所有点就构成了强连通分量,思想挺简单的,现在来看一下例题吧

例题

给一个n个点m条边的图,输出所有的强连通分量。

输入格式
第一行两个整数n,m(1≤n≤105,1≤m≤3×105)。接下来m行,每行两个整数u,v(1≤u,v≤n)。

输出格式
输出若干行,每行若干个数表示一个强连通分量,按编号从小到大输出。对于所有强连通分量,按照字典序从小到大输出。

样例输入
5 6
1 3
3 1
2 4
4 5
5 2
1 2
样例输出
1 3
2 4 5

代码:

#include<bits/stdc++.h>
#define pb push_back
using namespace std;
const int N = 100010,M=300010;
vector<int> e[M];
int n,m;
int dfn[N],low[N],idx;
bool ins[N];
stack<int> stk;
vector<vector<int>> scc;
void dfs(int u){
	dfn[u] = low[u] = ++idx;
	ins[u] = true;
	stk.push(u);
	for(auto v : e[u]){
		if(!dfn[v]) dfs(v);
		if(ins[v]) low[u] = min(low[u],low[v]);//能往回连的dfs序的最小值 
	}
	if(dfn[u] == low[u]){
		vector<int> c;
		while(true){
			int v = stk.top();
			stk.pop();
			c.pb(v);
			ins[v] = false;
			if(u == v) break;
		}
		sort(c.begin(),c.end());
		scc.pb(c);
	}
}
int main(){
	scanf("%d%d",&n,&m);
	for(int i=1;i<=m;i++){
		int u,v;
		scanf("%d%d",&u,&v);
		e[u].pb(v);
	} 
	for(int i=1;i<=n;i++)
		if(!dfn[i]) dfs(i);
	sort(scc.begin(),scc.end());
	for(auto c : scc){
		for(auto u : c) printf("%d ",u);
		puts("");
	}
	return 0;
}
<think>好的,用户想了解Tarjan算法如何求解图中的强连通分量,包括原理和代码示例。我需要先回忆Tarjan算法的基本思路,然后结合已有的引用资料来组织回答。 首先,Tarjan算法的核心是深度优先搜索(DFS),通过维护两个数组dfn和low来判断强连通分量。dfn记录每个节点的访问顺序,low记录当前节点能够回溯到的最早的节点。当dfn等于low时,说明找到了一个强连通分量,这时候需要将栈中的节点弹出,组成一个SCC。 然后,我需要确保回答中的数学公式符合用户给的格式要求,比如行内公式用$...$,独立公式用$$...$$。例如,递归条件中的dfn和low的关系可能需要用公式表达。 接下来,用户需要代码示例。根据引用[1]和[4],有Python和C++的示例,但用户可能希望Python的实现,所以需要参考引用[1]中的Python代码结构,但要注意Tarjan算法的正确实现。可能需要自己编写一个Python版本的Tarjan算法,确保正确性,比如使用栈、标记在栈中的节点等。 另外,用户的问题中提到要生成相关问题,我需要根据Tarjan算法的相关内容,提出几个相关的问题,比如与其他算法的比较、复杂度分析、应用场景等。 需要注意的是,引用的文献中,引用[1]提到了Python实现Tarjan算法,但示例代码可能不完整或需要调整。需要确保代码正确,比如使用递归DFS,维护index、栈、on_stack等数据结构。同时,引用[3]提到了其他算法如Kosaraju和Garbow,可以在相关问题中提及。 最后,检查回答是否符合用户的结构要求:分步骤说明原理,代码示例,相关问题,引用正确标注。确保LaTeX语法正确,例如数学变量用$包围,独立公式单独成段。同时,使用中文回答,保持口语化,但避免使用Markdown格式。</think>### Tarjan算法实现强连通分量(SCC)的原理 Tarjan算法基于深度优先搜索(DFS)实现,通过维护两个核心数组$dfn[]$和$low[]$来识别强连通分量: 1. **$dfn[v]$**: 记录节点$v$的访问时间戳(DFS遍历顺序) 2. **$low[v]$**: 表示节点$v$通过非父边能回溯到的最早时间戳 3. **栈结构**: 保存当前DFS路径上的节点 **核心条件**:当$low[v] = dfn[v]$时,说明当前栈顶到$v$的节点构成一个强连通分量[^3][^4]。 ### Python代码实现示例 ```python def tarjan_scc(graph): index = 0 stack, on_stack = [], set() dfn = {}; low = {}; result = [] def strongconnect(v): nonlocal index dfn[v] = low[v] = index index += 1 stack.append(v) on_stack.add(v) for w in graph.get(v, []): if w not in dfn: strongconnect(w) low[v] = min(low[v], low[w]) elif w in on_stack: low[v] = min(low[v], dfn[w]) if low[v] == dfn[v]: scc = [] while True: w = stack.pop() on_stack.remove(w) scc.append(w) if w == v: break result.append(scc) for v in graph: if v not in dfn: strongconnect(v) return result ``` **示例输入与输出**: ```python graph = { 1: [3], 2: [1], 3: [2,4], 4: [5], 5: [6], 6: [7], 7: [8], 8: [5] } print(tarjan_scc(graph)) # 输出:[[5, 8, 7, 6], [4], [2, 3, 1]] ``` ### 算法特性分析 - **时间复杂度**:$O(|V|+|E|)$,每个节点和边只被访问一次[^3] - **空间复杂度**:$O(|V|)$,主要来自递归栈和辅助数组[^4]
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