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Graph Valid Tree

Given n nodes labeled from 0 to n - 1 and a list of undirected edges (each edge is a pair of nodes), write a function to check whether these edges make up a valid tree.

For example:

Given n = 5 and edges = [[0, 1], [0, 2], [0, 3], [1, 4]], return true.

Given n = 5 and edges = [[0, 1], [1, 2], [2, 3], [1, 3], [1, 4]],
return false.

Hint:

Given n = 5 and edges = [[0, 1], [1, 2], [3, 4]], what should your return? Is this case a valid tree? Show More Hint Note: you can assume that no duplicate edges will appear in edges. Since all edges are undirected, [0, 1] is the same as [1, 0] and thus will not appear together in edges.

并查集法

复杂度

O( V + E ) 时间 O(V) 空间

并查集(带路径压缩path compression)两个操作的平摊时间(amortized time)复杂度为O(log*n),读作log星n,它增长得极为缓慢,所以认为O(1)

思路

感性的认识一下无向图中树的样子:假设是连通图,图如果是树,那么树是无根树,即谁都是根,所以无根。
这个树和树这个数据结构(比如二叉树)还不一样,二叉树是一个有根树,有个特殊节点叫根。

这道题里的树,就是任意两点有且只有一条路径可达,这条路径的每个边只走一次。
换句话讲,图想要是树,得是没有回路的连通图,就是要满足两个性质:

  1. 是连通图

  2. 无环

一般来讲判断是否有环都在一个连通图上判断,如果这个图有多个连通分量,那就要对每个连通分量都判断一下是否有环。都没有环,那就是森林。只有一个连通分量还没有环,就是树,无根树。

无向图边的两端是对称的,无向图讲究连通这个概念,没有方向,没有拓扑,很像集合,所以非常适合用并查集来解决。
解决的方法:
想象一开始这个图只有顶点,没有边,我们来一条一条的添加边。
每遇到一条边,判断这边的两个端点是否在同一个集合里?集合的property:表示一个连通分量,里面的任意两点有且只有一条路径可达

  • 在的话,表示有环:因为两个点在一个集合里就表示这两个点已经有一条路径了,现在再加一条路径,必然构成环。

  • 不在的话,表示不构成环,我们应该合并这两个集合:因为加上这条边,两个集合就被连起来了,合并成了一个集合

注意

如果想要复杂度为O(V+E),必须用路径压缩。
并查集写法参考
注意union(p,q)方法:用find()找p,q的老大哥,合并的是p,q的老大哥。

代码

UnionFind Utility(非常intuitive,应该练习在5分钟内写完):

class UnionFind {
    private int[] father;
    private int count;
    public UnionFind(int n) {
        father = new int[n];
        count = n;
        for (int i = 0; i < n; i++){
            father[i] = i;
        }
    }
    public int count() {
        return this.count;
    }
    public int find(int p) {
        int root = father[p];
        while (root != father[root])
            root = father[root];
        //as long as we get here, root is the final dad
        while (p != root) {
            int tmp = father[p];
            father[p] = root;
            p = tmp;
        }
        return root;
    }
    public void union(int p, int q) {
        int fatherP = find(p);
        int fatherQ = find(q);
        if (fatherP != fatherQ) {
            father[fatherP] = fatherQ;
            count--;
        }
    }
}

主程序

public class Solution {
    public boolean validTree(int n, int[][] edges) {
        UnionFind uf = new UnionFind(n);
        for (int[] edge : edges){
            int p = edge[0];
            int q = edge[1];
            if (uf.find(p) == uf.find(q))
                return false;
            else
                uf.union(p,q);
        }
        return uf.count() == 1;
    }
}

DFS/BFS法

复杂度

O( V + E ) 时间 O(V) 空间

思路

无向图找环和有向图找环本质上完全不同。
有向图找环需要三种颜色。
无向图找环只需要两种颜色,就是访问过的和没访问的。

dfs过程中如果碰到访问过的节点(当然这个节点不能是来时的节点),就是有环。

注意

Integer的比较问题

代码

public class Solution {
    public boolean validTree(int n, int[][] edges) {
        HashSet<Integer> visited = new HashSet<Integer>();
        List<List<Integer>> adjList = new ArrayList<List<Integer>>();
        for (int i=0; i<n; ++i)  
            adjList.add(new ArrayList<Integer>()); 
        for (int[] edge: edges) {
            adjList.get(edge[0]).add(edge[1]);
            adjList.get(edge[1]).add(edge[0]);
        }
        if (hasCycle(-1, 0, visited, adjList))  // has cycle?
            return false;   
        if (visited.size() != n) // is all connected?
            return false;   
        return true;
    }

    private boolean hasCycle(Integer pred, Integer vertex, HashSet<Integer> visited, List<List<Integer>> adjList) {
        visited.add(vertex);  // current vertex is being visited
        for (Integer succ: adjList.get(vertex)) {  // successors of current vertex
            if (!succ.equals(pred)) {  // exclude current vertex's predecessor
                if (visited.contains(succ)) { 
                    return true; // back edge/loop detected!
                }  
                else  {
                    if (hasCycle(vertex, succ, visited, adjList)) { 
                        return true; 
                    }
                }
            }
        }
        return false;
    }
}

liuqi627
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