Шарнір (теорія графів)

Шарніром (англ. articulation point) в теорії графів називається вершина графу, при видаленні якої кількість компонент зв'язності графу зростає.

Приклад графу з позначеними блоками. Кожен колір відповідає блоку. Різнокольорові вершини це шарніри, отже, вони належать кільком блокам.

Визначення 

Вершина графу називається шарніром, якщо підграф (граф, що містить якесь підмножина вершин даного графу) , отриманий з графу видаленням вершини і всіх інцидентних їй ребер, складається з більшої кількості компонент зв'язності, ніж вихідний граф .

Граф, що містить два шарніра (вершини 2 і 5) і три блоки (12, 2345, 56).

Ребровим аналогом шарніра є міст. Мостом називається таке ребро графу, в результаті видалення якого кількість компонент зв'язності в графі зростає.

Алгоритм пошуку шарнірів

Ефективне вирішення завдання пошуку всіх шарнірів графу засноване на алгоритмі пошуку у глибину.

Нехай задано граф . Через позначимо множину всіх вершин графу, суміжних з . Припустимо, що ми переглянули граф в глибину, почавши з деякою довільній вершини. Занумеруємо всі вершини графу в тому порядку, в якому ми в них увійшли, і кожній вершині підпорядкуємо відповідний номер . Якщо в вершину ми вперше потрапили з вершини , то вершину будемо називати нащадком , а  — предком . Безліч всіх нащадків вершини позначимо через . Через позначимо мінімальний номер серед всіх вершин, суміжних з і з тими вершинами, в які ми прийшли по шляху, що проходить через .

Зрозуміло, що величину можна обчислити рекурсивно, безпосередньо в процесі обходу в глибину: якщо зараз розглядається вершина , і з неї не можна перейти в ще не відвіданих вершину (тобто потрібно повернутися до предку , або припинити обхід, якщо  — стартова вершина), то для всіх її нащадків вже пораховано, а значить, і для неї можна можна провести відповідні обчислення за формулою

Знаючи величину для всіх вершин графу, можна визначити всі його шарніри згідно з такими правилами:

  1. Стартова вершина (тобто та, з якою ми почали обхід) є шарніром тоді і тільки тоді, коли у неї більше одного нащадка.
  2. Вершина , відмінна від стартової, є шарніром тоді і тільки тоді, коли у неї є нащадок u такий, що .

Як приклад розглянемо застосування описаного алгоритму до графу, зображеному на малюнку справа. Числа, якими позначені вершини, відповідають одному з можливих варіантів обходу в глибину. При такому порядку у кожної з вершин рівно один нащадок, за винятком вершини 6, у якій нащадків немає. Стартова вершина 1 має єдиного нащадка, отже, шарніром вона не є. Для інших вершин обчислимо значення, що цікавить нас функції:

.

У вершини 2 є нащадок 3, а у 5 нащадок 6 — в обох випадках виконано шукане співвідношення . Отже, 2 і 5 є шарнірами. Інших шарнірів в цьому графі немає.

Псевдокод

GetArticulationPoints(i, d)
    visited[i] = true
    depth[i] = d
    low[i] = d
    childCount = 0
    isArticulation = false
    for each ni in adj[i]
        if not visited[ni]
            parent[ni] = i
            GetArticulationPoints(ni, d + 1)
            childCount = childCount + 1
            if low[ni] >= depth[i]
                isArticulation = true
            low[i] = Min(low[i], low[ni])
        else if ni <> parent[i]
            low[i] = Min(low[i], depth[ni])
    if (parent[i] <> null and isArticulation) or (parent[i] == null and childCount > 1)
        Output i as articulation point

Див. також

Посилання

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.