LeetCode 5192. 查找集群内的「关键连接」

匿名 (未验证) 提交于 2019-12-03 00:06:01

1. 问题

力扣数据中心有 n 台服务器,分别按从 0 到 n-1 的方式进行了编号。

它们之间以「服务器到服务器」点对点的形式相互连接组成了一个内部集群,其中连接 connections 是无向的。

从形式上讲,connections[i] = [a, b] 表示服务器 ab 之间形成连接。任何服务器都可以直接或者间接地通过网络到达任何其他服务器。

「关键连接」是在该集群中的重要连接,也就是说,假如我们将它移除,便会导致某些服务器无法访问其他服务器。

请你以任意顺序返回该集群内的所有 「关键连接」。

示例 1:

输入:n = 4, connections = [[0,1],[1,2],[2,0],[1,3]] 输出:[[1,3]] 解释:[[3,1]] 也是正确的。 

原题链接

2. Tarjan算法

Tarjan 算法是在一个图中查找强连通分量的算法。强连通分量是指,每个顶点皆可由该图上的边抵达其他的每一个点的有向图。

算法的基本思想:
任选一个节点开始进行深度优先搜索(若深度优先搜索结束后仍有未访问的节点,则从中任选一点再次进行)。搜索过程中已访问的节点不再访问。

强连通分量的根:
指深度优先搜索是强连通分量重首个被访问的节点。
为找到根节点,我们给每个节点 v 一个深度优先搜索标号 v.index ,表示第几个被访问的节点。此外,每个节点有一个值 v.lowlink,表示从 v 出发经边可到达的所有节点中最小的 index。 v.lowlink 总是不大于 v.index,且从 v 出发经有向边不能到达其他节点,v 是强连通分量的根当且仅当 v.lowlink = v.index.

伪代码:

algorithm tarjan is    input: 图 G = (V, E)    output: 以所在的强连通分量划分的顶点集合      index := 0    S := empty // 初始化栈S为空栈    for each v in V do      if (v.index is undefined)        strongconnect(v)      end if      function strongconnect(v)      // 将未使用的最小index值作作为节点v的index      v.index := index      v.lowlink := index      index := index + 1      S.push(v)        // 考虑节点v的后继节点      for each (v, w) in E do        if (w.index is undefined) then          // 后继节点w未访问,递归调用          strongconnect(w)          v.lowlink := min(v.lowlink, w.lowlink)        else if (w is in S) then          // w已在栈S中,则其也在当前的强连通分量中          v.lowlink := min(v.lowlink, w.index)        end if        // 若v是根则出栈,并得到一个强连通分量      if (v.lowlink = v.index) then        start a new strongly connected component        repeat          w := S.pop()          add w to current strongly connected component        until (w = v)        output the current strongly connected component      end if    end function 

3. 本题解法

关键连接其实就是,除了强连通分量的其他边;也就是不形成闭环的边。

使用 time 表示该节点的索引; low 表示能到达的最小索引。

class Solution(object):     def criticalConnections(self, n, connections):                  graph = [[] for _ in range(n)]         for u, v in connections:             graph[u].append(v)             graph[v].append(u)                  seen = [False] * n         time = [-1] * n         low = [-1] * n         t = [0]                  self.ans = []         def dfs(node, parent = None):             seen[node] = True             time[node] = low[node] = t[0]             t[0] += 1                          for nei in graph[node]:                 if nei == parent: continue                 if seen[nei]:                     low[node] = min(low[node], time[nei])                 else:                     dfs(nei, node)                     low[node] = min(low[nei], low[node])                     if low[nei] > time[node]:                         self.ans.append([node, nei])                  for node, s in enumerate(seen):             if not s:                 dfs(node)         return self.ans 

参考:

  1. ACwing LeetCode 1192. Critical Connections in a Network
  2. wikipedia Tarjan算法
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