• 判断一个图是否为普通的树


    https://leetcode.com/problems/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:

    1. Given n = 5 and edges = [[0, 1], [1, 2], [3, 4]], what should your return? Is this case a valid tree?
    2. According to the definition of tree on Wikipedia: “a tree is an undirected graph in which any two vertices are connected by exactly one path. In other words, any connected graph without simple cycles is a tree.”

    注意,这里的树是普通的树,不是二叉树!

    思路:要判断一个图是否为树,首先要知道树的定义。

    一棵树必须具备如下特性:

    (1)是一个全连通图(所有节点相通)

    (2)无回路

    其中(2)等价于:(3)图的边数=节点数-1

    因此我们可以利用特性(1)(2)或者(1)(3)来判断。

    方法一:广度优先搜索。要判断连通性,广度优先搜索法是一个天然的选择,时间复杂度O(n),空间复杂度O(n)。

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    1. public class Solution {  
    2.     public boolean validTree(int n, int[][] edges) {  
    3.         Map<Integer, Set<Integer>> graph = new HashMap<>();  
    4.         for(int i=0; i<edges.length; i++) {  
    5.             for(int j=0; j<2; j++) {  
    6.                 Set<Integer> pairs = graph.get(edges[i][j]);  
    7.                 if (pairs == null) {  
    8.                     pairs = new HashSet<>();  
    9.                     graph.put(edges[i][j], pairs);  
    10.                 }  
    11.                 pairs.add(edges[i][1-j]);  
    12.             }  
    13.         }  
    14.         Set<Integer> visited = new HashSet<>();  
    15.         Set<Integer> current = new HashSet<>();  
    16.         visited.add(0);  
    17.         current.add(0);  
    18.         while (!current.isEmpty()) {  
    19.             Set<Integer> next = new HashSet<>();  
    20.             for(Integer node: current) {  
    21.                 Set<Integer> pairs = graph.get(node);  
    22.                 if (pairs == null) continue;  
    23.                 for(Integer pair: pairs) {  
    24.                     if (visited.contains(pair)) return false;  
    25.                     next.add(pair);  
    26.                     visited.add(pair);  
    27.                     graph.get(pair).remove(node);  
    28.                 }  
    29.             }  
    30.             current = next;  
    31.         }  
    32.         return visited.size() == n;  
    33.     }  
    34. }  
    public class Solution {
        public boolean validTree(int n, int[][] edges) {
            Map<Integer, Set<Integer>> graph = new HashMap<>();
            for(int i=0; i<edges.length; i++) {
                for(int j=0; j<2; j++) {
                    Set<Integer> pairs = graph.get(edges[i][j]);
                    if (pairs == null) {
                        pairs = new HashSet<>();
                        graph.put(edges[i][j], pairs);
                    }
                    pairs.add(edges[i][1-j]);
                }
            }
            Set<Integer> visited = new HashSet<>();
            Set<Integer> current = new HashSet<>();
            visited.add(0);
            current.add(0);
            while (!current.isEmpty()) {
                Set<Integer> next = new HashSet<>();
                for(Integer node: current) {
                    Set<Integer> pairs = graph.get(node);
                    if (pairs == null) continue;
                    for(Integer pair: pairs) {
                        if (visited.contains(pair)) return false;
                        next.add(pair);
                        visited.add(pair);
                        graph.get(pair).remove(node);
                    }
                }
                current = next;
            }
            return visited.size() == n;
        }
    }

    方法二:深度优先搜索,搜索目标是遍历全部节点。参考文章:http://buttercola.blogspot.com/2015/08/leetcode-graph-valid-tree.html

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    1. public class Solution {  
    2.     private boolean[] visited;  
    3.     private int visits = 0;  
    4.     private boolean isTree = true;  
    5.     private void check(int prev, int curr, List<Integer>[] graph) {  
    6.         if (!isTree) return;  
    7.         if (visited[curr]) {  
    8.             isTree = false;  
    9.             return;  
    10.         }  
    11.         visited[curr] = true;  
    12.         visits ++;  
    13.         for(int next: graph[curr]) {  
    14.             if (next == prev) continue;  
    15.             check(curr, next, graph);  
    16.             if (!isTree) return;  
    17.         }  
    18.           
    19.     }  
    20.     public boolean validTree(int n, int[][] edges) {  
    21.         visited = new boolean[n];  
    22.         List<Integer>[] graph = new List[n];  
    23.         for(int i=0; i<n; i++) graph[i] = new ArrayList<>();  
    24.         for(int[] edge: edges) {  
    25.             graph[edge[0]].add(edge[1]);  
    26.             graph[edge[1]].add(edge[0]);  
    27.         }  
    28.         check(-1, 0, graph);  
    29.         return isTree && visits == n;  
    30.     }  
    31. }  
    public class Solution {
        private boolean[] visited;
        private int visits = 0;
        private boolean isTree = true;
        private void check(int prev, int curr, List<Integer>[] graph) {
            if (!isTree) return;
            if (visited[curr]) {
                isTree = false;
                return;
            }
            visited[curr] = true;
            visits ++;
            for(int next: graph[curr]) {
                if (next == prev) continue;
                check(curr, next, graph);
                if (!isTree) return;
            }
            
        }
        public boolean validTree(int n, int[][] edges) {
            visited = new boolean[n];
            List<Integer>[] graph = new List[n];
            for(int i=0; i<n; i++) graph[i] = new ArrayList<>();
            for(int[] edge: edges) {
                graph[edge[0]].add(edge[1]);
                graph[edge[1]].add(edge[0]);
            }
            check(-1, 0, graph);
            return isTree && visits == n;
        }
    }

    方法三:按节点大小对边进行排序,原理类似并查集。

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    print?
    1. public class Solution {  
    2.     public boolean validTree(int n, int[][] edges) {  
    3.         if (edges.length != n-1) return false;  
    4.         Arrays.sort(edges, new Comparator<int[]>() {  
    5.            @Override  
    6.            public int compare(int[] e1, int[] e2) {  
    7.                return e1[0] - e2[0];  
    8.            }  
    9.         });  
    10.         int[] sets = new int[n];  
    11.         for(int i=0; i<n; i++) sets[i] = i;  
    12.         for(int i=0; i<edges.length; i++) {  
    13.             if (sets[edges[i][0]] == sets[edges[i][1]]) return false;  
    14.             if (sets[edges[i][0]] == 0) {  
    15.                 sets[edges[i][1]] = 0;  
    16.             } else if (sets[edges[i][1]] == 0) {  
    17.                 sets[edges[i][0]] = 0;  
    18.             } else {  
    19.                 sets[edges[i][1]] = sets[edges[i][0]];  
    20.             }  
    21.         }  
    22.         return true;  
    23.     }  
    24. }  
    public class Solution {
        public boolean validTree(int n, int[][] edges) {
            if (edges.length != n-1) return false;
            Arrays.sort(edges, new Comparator<int[]>() {
               @Override
               public int compare(int[] e1, int[] e2) {
                   return e1[0] - e2[0];
               }
            });
            int[] sets = new int[n];
            for(int i=0; i<n; i++) sets[i] = i;
            for(int i=0; i<edges.length; i++) {
                if (sets[edges[i][0]] == sets[edges[i][1]]) return false;
                if (sets[edges[i][0]] == 0) {
                    sets[edges[i][1]] = 0;
                } else if (sets[edges[i][1]] == 0) {
                    sets[edges[i][0]] = 0;
                } else {
                    sets[edges[i][1]] = sets[edges[i][0]];
                }
            }
            return true;
        }
    }

    方法四:Union-Find

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    print?
    1. public class Solution {  
    2.     public boolean validTree(int n, int[][] edges) {  
    3.         if (edges.length != n-1) return false;  
    4.         int[] roots = new int[n];  
    5.         for(int i=0; i<n; i++) roots[i] = i;  
    6.         for(int i=0; i<edges.length; i++) {  
    7.             int root1 = root(roots, edges[i][0]);  
    8.             int root2 = root(roots, edges[i][1]);  
    9.             if (root1 == root2) return false;  
    10.             roots[root2] = root1;  
    11.         }  
    12.         return true;  
    13.     }  
    14.     private int root(int[] roots, int id) {  
    15.         if (id == roots[id]) return id;  
    16.         return root(roots, roots[id]);  
    17.     }  
    18. }  
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