强连通图
数学概念
强连通图(Strongly Connected Graph)是指在有向图G中,如果对于每一对vi、vj,vi≠vj,从vi到vj和从vj到vi都存在路径,则称G是强连通图。有向图中的极大强连通子图称做有向图的强连通分量
定理及其证明
定理:一个有向图强连通的,当且仅当G中有一个回路,它至少包含每个节点一次。
证明:
(1)充分性:如果G中有一个回路,它至少包含每个节点一次,则G中任两个节点都是互相可达的,故G是强连通图。
(2)必要性:如果有向图是强连通的,则任两个节点都是相互可达。故必可做一回路经过图中所有各点。若不然则必有一回路不包含某一结点v,并且v与回路上的个节点就不是相互可达,与强连通条件矛盾。
强连通图的边问题
有n个顶点的强连通图最多有n(n-1)条边,最少有n条边。
(1)最多的情况:即n个顶点中两两相连,若不计方向,n个点两两相连有n(n-1)/2条边,而由于强连通图是有向图,故每条边有两个方向,n(n-1)/2×2=n(n-1),故有n个顶点的强连通图最多有n(n-1)条边。
(2)最少的情况:即n个顶点围成一个圈,且圈上各边方向一致,即均为顺时针或者逆时针,此时有n条边。
下面举例说明:如图1所示,设ABCD四个点构成强连通图,则:
(1)边数最多有4×3=12条,如图1所示。
(2)边数最少有4条,如图2所示。
强连通图的判断
问题:给一个有向图,判断给图是否是强连通的。
如图3所示,则是一个强连通图。
对于无向图则比较简单,只需要从某一个顶点出发,使用BFSDFS搜索,如果可以遍历到所有的顶点,则给定的图是连通的。
但这种方法对有向图并不适用,例如 : 1 -> 2 -> 3 -> 4,并不是强连通图。
方法一
可以调用DFS搜索 V 次,V是顶点的个数,就是对每个顶点都做一次DFS搜索,判断是否可达。这样的复杂度为O(V*(V+E))。
方法二
可以参考求解连通分量的算法Tarjan算法,我们可以在O(V+E) 的时间内找到所有的连通分量,如果连通分量的个数为1,则说明该图是强连通的。
参考资料
最新修订时间:2024-01-05 14:41
目录
概述
定理及其证明
强连通图的边问题
参考资料