判断有向图是否有环
问题来源于做题 力扣-顺丰科技智慧物流校园技术挑战赛 中的第一题。
没阅读《剑指Offer》之前看到题时不会做,在阅读过程中有自己的解题想法,也看到《剑指Offer》中提到的解法。先按自己的想法实现,结果发现了自己想法的误区,所以在这里记录一下误区及原因,以及正确的解法。
如下图,红线为故意加入的一个导致有向图中形成环。
如上图中节点 8 被两个箭头指向,所以它的入度为 2;有一个指向 12 的箭头,所以出度为 1。同理,上图节点 5入度为 1,出度为 2。
考虑到有环,所以直观的想法是:沿着路走,如果某条路一直导致重复走某些节点,那么就证明存在环。
细节:
问题就出在判断有环的条件上,你不好判断某几个点是一直在循环。考虑如下几点:
考虑边是正确的想法。但如何判断有环条件还需要进一步考虑细节:
但上方最后一个方案还是有问题的:没有考虑 “孤岛” 的存在,如只有一个 A 节点没有入度也没有出度,或 A、B 节点相互有向连接。如果加逻辑判断又该怎么加呢?
此时已经差不多很接近正确的解法了,具体参考下节吧。
《剑指Offer-专项突击版》在图-拓扑排序 一节中有提到解法。文中主要讲的是拓扑排序,我这里转化一下针对于查环描述:
每次从有向图中取出一个入度为 0 的节点删除,同时删除该节点及所有以他为起点的边,若最终图为空则证明无环,最终非空则证明有环。
为什么呢?:我们来单独考虑一个单环,那么环中每一个点都是入度为 1,出度也为 1,即不可能入度为 0。按上面删环的描述过程,如果环存在,这个环中的的每个点都无法有机会变成入度为 0 的点,因此就证明了环的存在。
力扣-顺丰科技智慧物流校园技术挑战赛 。
整体思路:通过每次删除入度为 0 的边,最后判断是否还有删除不到的边存在。删除不到就是因为不存在入度 0 的边了。若存在就是有环,否则无环。
细节:
综上: 每次通过入度为 0 的 heads 数组中取一个,遍历它的下一个节点 target,删除此路 edge,并更新 target 的入度(减一),若 target 入度为 0,加入到 heads 中,以备下次分析到 。