欧拉图 欧拉回路 欧拉通路 Euler

欧拉图

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定义:

        欧拉回路:图G的一个回路,如果恰通过图G的每一条边,则该回路称为欧拉回路,具有欧拉回路的图称为欧拉图。欧拉图就是从图上的一点出发,经过所有边且只能经过一次,最终回到起点的路径。

        欧拉通路:即可以不回到起点,但是必须经过每一条边,且只能一次。也叫"一笔画"问题。

性质:

  欧拉回路:一个欧拉回路,删掉一个点,仍然是一个欧拉回路。从一个欧拉回路拖走一个小欧拉回路,结果也是一个欧拉回路。

判定(充要):

  欧拉回路:1:  图G是连通的,不能有孤立点存在。

       2:  对于无向图来说度数为奇数的点个数为0;对于有向图来说每个点的入度必须等于出度。

  欧拉通路:1:  图G是连通的,无孤立点存在。

       2:  对于无向图来说,度数为奇数的的点可以有2个或者0个,并且这两个奇点其中一个为起点另外一个为终点。对于有向图来说,可以存在两个点,其入度不等于出度,其中一个出度比入度大1,为路径的起点;另外一个入度比出度大1,为路径的终点。

算法(求欧拉回路):

Fleury算法:

设图G是一个无向欧拉图,则按照下面算法求欧拉回路:

1:任取G中一个顶点v0,令P0 = v0.

2:假设沿Pi = v0e1v1e2v2……eivi 走到了顶点 vi,按照下面方法从E(i) = E(G) -  {e1, e2, e3,…,ei} 中选e(i + 1),选择后删除e(i +1)这条边.

  a):e(i+1)余vi关联

  b):除非无别的边可选,否则e(i+1)不应是Gi = G – {e1,e2,…,ei} 中的桥.假若迫不得已选的是桥,除删除这条边之外,还应该再把孤立点从Gi中移除(选择桥边必然会形成孤立的点).

3:当步骤 2 无法继续执行时停止算法.

当算法停止时,所得到的简单回路 Pm = = v0e1v1e2v2e3v3……emvm  (vm = v0) 为图G的一条欧拉回路.

下面用图来描述:

随便选择一个起点 v1。当前处在 v1 点,有两种走法 v1 – v9,v1 – v10,这俩条边都不是桥边,那么随便选择一个,<v1, v10>这条边吧。那么图就会成为这样.Eu = (走过的边集){<v1, v10>}

当前到了 V10 点,有<v10,v4>,<v10,v3>,<v10, v8>,先看<v10,v8>这条边吧,如果选择了这条边那么图就会成为这样:

很显然形成了两个图,上下两个图不连通,即<v10, v8>这条边就是所谓的桥边,算法中说除非别无他选,否则不应该选择桥边,那么这条边就不能选择。回到上面,由于<v10,v4>,<v10,v3>都不是桥边,所以随便选择<v10,v4>吧. Eu={<v1, v10>,<v10,v4>}

到了 v4 这个点,<v4, v2>这条边是桥边,但是别无选择,只好选择这条边.选择完这条边这时不仅要从原图中删除这条边,由于点4成为了孤点,所以这个点也该从原图删除。Eu={<v1,v10>,<v10,v4>,<v4,v2>}.

同理到达 v2 只好选择<v2,v3>,删除孤点 v2和边. Eu{<v1,v10>,<v10,v4>,<v4,v2><v2,v3>}.

别无他选,<v3,v10>。Eu{<v1,v10>,<v10,v4>,<v4,v2><v2,v3><v3,v10>}.

同样,选择<v10, v8>,Eu{<v1,v10>,<v10,v4>,<v4,v2><v2,v3><v3,v10>,<v10,v8>}.

此时到了 v8 同第一次到达v10时的情况,不能选择<v8,v9>这条桥边,选择<v8,v6>,Eu{<v1,v10>,<v10,v4>,<v4,v2><v2,v3><v3,v10>,<v10,v8>,<v8,v6>}.

到达v6,选择<v6,v7>,删点删边,Eu{<v1,v10>,<v10,v4>,<v4,v2><v2,v3>,<v3,v10>,<v10,v8>,<v8,v6>,<v6,v7>}.以下就不给图了(逃;

然后接下来的选择都是别无他选,依次选择<v7,v8><v8,v9><v9,v1>,最后得到的欧拉边集Eu{<v1,v10>,<v10,v4>,<v4,v2><v2,v3>,<v3,v10>,<v10,v8>,<v8,v6>,<v6,v7>,<v7,v8><v8,v9><v9,v1>},于是我们就得到了一条欧拉回路.

代码:    

  个人感觉时间复杂度不如基本法,主要是判断桥边的时间复杂度有点高,达到O(1)才和基本法一样,所以就放弃写了。

 

基本(套圈)法

  首先从一个节点(v0)出发,随便往下走(走过的边需要标记一下,下次就别走了),当走到不能再走的时候,所停止的点必然也是起点(因为所有的点的度数都是偶数,能进去肯定还会出来,再者中间有可能再次经过起点,但是如果起点还能继续走,那么就要继续往下搜索,直到再次回来时不能往下搜索为止),然后停止时,走过的路径形成了一个圈,但因为是随便走的,所以可能有些边还没走就回来了,那些剩下的边肯定也会形成一个或者多个环,然后可以从刚才终止的节点往前回溯,找到第一个可以向其他方向搜索的节点(vi),然后再以这个点继续往下搜索,同理还会继续回到该点(vi),于是这个环加上上次那个环就构成了一个更大的环,即可以想象成形成了一条从 v0 到 vi的路径,再由 vi 走了一个环回到 vi,然后到达v0 的一条更长的路径,如果当前的路径还不是最长的,那么继续按照上面的方法扩展。只需要在回溯时记录下每次回溯的边,最后形成的边的序列就是一条欧拉回路。如果要记录点的顺序的话,那么每访问一个点,就把这个点压入栈中,当某个点不能继续搜索时,即在标记不能走的边是,这个点成为了某种意义上的孤点,然后把这个点输出最后得到的就是一条欧拉回路路径的点的轨迹。

  总之,求欧拉回路的方法是,使用深度优先搜索,如果某条边被搜索到,则标记这条边为已选择,并且即使回溯也不能将当前边的状态改回未选择,每次回溯时,记录回溯路径。深度优先搜索结束后,记录的路径就是欧拉回路。

下面用图描述一遍:

假设我们选择从v1开始走,由于随便走,所以可能出现以下走法

第一步:v1 -- v9

第二步:v9 -- v8

第三步:v8 -- v10

第四步:v10 -- v1

此时由于走过的边不能再走,那么从 v1 就无法继续向下探索,所以往前回溯,记录边集Eu{<v1, v10>},此时回溯到 v10 ,发现可以继续走,那么

第五步: v10 -- v3

第六步: v3 -- v2

第七步: v2 -- v4

第八步: v4 – v10

发现已经无路可走,那么继续回溯,记录回溯路径得到Eu{<v1,v10>, <v10, v4>, <v4, v2>, <v2, v3>, <v3, v10>, <v10, v8>},此时回溯到了 v8.发现可以向其他方向搜索, 那么

第九步:v8 -- v6

第十步:v6 --v7

第十一步:v7-- v8

又无路可走,继续回溯Eu{<v1,v10>, <v10, v4>, <v4, v2>, <v2, v3>, <v3, v10>, <v10, v8>, <v8, v7>, <v7, v6>,<v6,v8>,<v8,v9>,<v9,v1>},到这里整个DFS就结束了,我们得到的边集Eu就是一条欧拉回路。

具体实现与分析:

使用链式前向星和DFS实现寻找欧拉回路的算法,用链式前向星存无向边时每条边要存储两次。

 1 #include <iostream>
 2 #include <cstdio>
 3 #include <algorithm>
 4 #include <stack>
 5 #include <queue>
 6 using namespace std;
 7 
 8 const int MAXV = 100 + 7;
 9 const int MAXE = 100 * 100 + 7;
10 int head[MAXV];
11 int V, E;
12 
13 typedef struct EdgeNode
14 {
15     int to;
16     int w;
17     int next;   
18 }edgeNode;
19 edgeNode Edges[MAXE];
20 
21 bool visit[2 * MAXE];
22 stack<int> stv;
23 queue<int> quv;//点集
24 queue<int> que;//边集
25 
26 void EulerDFS(int now)
27 {
28     stv.push(now);//每访问一个点,就把该点压入栈
29     for(int k = head[now]; k != -1; k = Edges[k].next)
30     {
31         if(!visit[k])
32         {
33             visit[k] = true;            //有向图每条边保存了两次,也要标记两次
34             if(k & 1)
35                 visit[k + 1] = true;
36             else
37                 visit[k - 1] = true;
38             EulerDFS(Edges[k].to);
39             que.push(k);//回溯时记录边
40         }
41     }
42     quv.push(stv.top());//记录点
43     stv.pop();
44 }
45 
46 int main()
47 {
48     //freopen("in.txt", "r", stdin);
49     scanf("%d%d", &V, &E);
50     memset(head, -1, sizeof(head));
51     for(int i = 1; i <= E; i++)
52     {
53         int u, v, w;
54         scanf("%d%d%d", &u, &v, &w);
55         Edges[2 * i - 1].to = v;                //双向储存边
56         Edges[2 * i - 1].w = w;
57         Edges[2 * i - 1].next = head[u];
58         head[u] = 2 * i - 1;
59         Edges[2 * i].to = u;
60         Edges[2 * i].w = w;
61         Edges[2 * i].next = head[v];
62         head[v] = 2 * i;
63     }
64     memset(visit, false, sizeof(visit));
65     EulerDFS(1);
66     return 0;
67 }
posted @ 2016-04-16 09:39  Ashly  阅读(11936)  评论(5编辑  收藏