如何使用java实现图的割点算法-java教程-PHP中文网

如何使用java实现图的割点算法

WBOY

发布： 2023-09-20 12:07:44

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如何使用java实现图的割点算法

如何使用java实现图的割点算法，需要具体代码示例

图是离散数学中重要的概念之一，通过图的表示，可以描述出现在各种现实问题中的关系和连接。在图的相关算法中，寻找图的割点是一个具有挑战性的问题。图的割点也被称为关节点或割顶，指的是在一个无向连通图中，如果去掉某个顶点和与该顶点相关联的所有边，那么原来的图不再连通，这个顶点被称为割点。

本文将介绍如何使用Java编程语言实现图的割点算法，并提供具体的代码示例。首先，我们需要定义一个图的数据结构，下面是一个简单的图类示例：

import java.util.*;

class Graph {
    private int V; // 顶点的数量
    private LinkedList<Integer> adj[]; // 邻接表形式的图

    // 构造函数，初始化图
    Graph(int v) {
        V = v;
        adj = new LinkedList[v];
        for (int i=0; i<v; ++i)
            adj[i] = new LinkedList();
    }

    // 添加边到图中
    void addEdge(int v, int w) {
        adj[v].add(w);
        adj[w].add(v);
    }

    // 递归函数，实现割点算法
    void cutVertexUtil(int u, boolean visited[], int disc[], int low[], int parent[], boolean ap[]) {
        int children = 0;
        visited[u] = true;
        disc[u] = low[u] = ++time;

        Iterator<Integer> i = adj[u].iterator();
        while (i.hasNext()) {
            int v = i.next();
            if (!visited[v]) {
                children++;
                parent[v] = u;
                cutVertexUtil(v, visited, disc, low, parent, ap);
                low[u]  = Math.min(low[u], low[v]);

                if (parent[u] == -1 && children > 1)
                    ap[u] = true;

                if (parent[u] != -1 && low[v] >= disc[u])
                    ap[u] = true;
            }
            else if (v != parent[u])
                low[u]  = Math.min(low[u], disc[v]);
        }
    }

    // 割点算法的主函数
    void cutVertices() {
        boolean visited[] = new boolean[V];
        int disc[] = new int[V];
        int low[] = new int[V];
        int parent[] = new int[V];
        boolean ap[] = new boolean[V]; // 记录割点

        for (int i = 0; i < V; i++) {
            parent[i] = -1;
            visited[i] = false;
            ap[i] = false;
        }

        for (int i = 0; i < V; i++)
            if (visited[i] == false)
                cutVertexUtil(i, visited, disc, low, parent, ap);

        System.out.println("割点：");
        for (int i = 0; i < V; i++)
            if (ap[i] == true)
                System.out.print(i+" ");
        System.out.println();
    }

    public static void main(String args[]) {
        Graph g1 = new Graph(5);
        g1.addEdge(1, 0);
        g1.addEdge(0, 2);
        g1.addEdge(2, 1);
        g1.addEdge(0, 3);
        g1.addEdge(3, 4);
        System.out.println("以下是图g1中的割点：");
        g1.cutVertices();

        Graph g2 = new Graph(4);
        g2.addEdge(0, 1);
        g2.addEdge(1, 2);
        g2.addEdge(2, 3);
        System.out.println("以下是图g2中的割点：");
        g2.cutVertices();

        Graph g3 = new Graph(7);
        g3.addEdge(0, 1);
        g3.addEdge(1, 2);
        g3.addEdge(2, 0);
        g3.addEdge(1, 3);
        g3.addEdge(1, 4);
        g3.addEdge(1, 6);
        g3.addEdge(3, 5);
        g3.addEdge(4, 5);
        System.out.println("以下是图g3中的割点：");
        g3.cutVertices();
    }
}

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在该代码示例中，我们创建了一个Graph类来表示图，使用邻接表的形式来存储图的边。在割点算法的实现中，我们使用了深度优先搜索的遍历方式，并利用一些辅助数组来记录访问状态、发现时间、最早访问到的祖先节点、以及标记割点。通过调用cutVertices()函数，可以找到图中的割点，并输出割点的索引。