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图论问题解析:POJ2762从u到v或从v到u的可达性判断(强连通分量缩点与单向连通性检测)

本文深入探讨了POJ2762问题,旨在通过强连通分量缩点和单向连通性的判断方法,解决有向图中任意两点之间的可达性问题。文章详细介绍了算法原理、实现步骤,并附带完整的代码示例。
在处理有向图中的可达性问题时,一个常见的挑战是判断任意两个节点u和v之间是否存在一条路径使得可以从其中一个节点到达另一个节点。为了高效地解决这个问题,我们可以利用强连通分量(SCC)的概念进行图的简化,并进一步判断简化后的图是否为单向连通。

### 题意解析
题目要求我们判断在一个有向图中,任意两点u和v之间是否可以通过一条路径相互到达。具体来说,就是检查是否存在一条从u到v或者从v到u的路径。

### 解决方案
1. **强连通分量缩点**:首先使用Tarjan算法将原图中的所有强连通分量进行缩点处理。每个强连通分量会被压缩成一个超级节点,从而形成一个新的有向无环图(DAG)。
2. **单向连通性判断**:接下来,我们需要判断这个新的DAG是否为单向连通。根据拓扑排序的性质,如果一个有向图是单向连通的,则其拓扑排序是唯一的。因此,我们可以通过计算入度来验证这一点。

#### 关键定理
一个有向图是单向连通的当且仅当其拓扑排序唯一。换句话说,在进行拓扑排序的过程中,不会出现多个节点同时具有零入度的情况。

#### 代码实现
以下是完整的C++代码实现,包括Tarjan算法用于求解强连通分量,以及后续的拓扑排序验证过程。

```cpp
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
typedef long long LL;
const int MAXN = 1e3 + 10;

struct Edge {
int to, next;
} edges[MAXN <<3], E[MAXN <<3];

int ID, H[MAXN];
int dfn[MAXN], low[MAXN], sccno[MAXN], head[MAXN], tot, dfs_clock, scc_cnt, in[MAXN], sccnum[MAXN];
stack S;

void init() {
ID = dfs_clock = tot = scc_cnt = 0;
memset(dfn, 0, sizeof(dfn));
memset(low, 0, sizeof(low));
memset(in, 0, sizeof(in));
memset(sccno, 0, sizeof(sccno));
memset(head, -1, sizeof(head));
memset(H, -1, sizeof(H));
}

void Tarjan(int u) {
int v;
dfn[u] = low[u] = ++dfs_clock;
S.push(u);
for (int i = head[u]; ~i; i = edges[i].next) {
v = edges[i].to;
if (!dfn[v]) {
Tarjan(v);
low[u] = min(low[u], low[v]);
} else if (!sccno[v]) {
low[u] = min(low[u], dfn[v]);
}
}
if (dfn[u] == low[u]) {
++scc_cnt;
while (true) {
int x = S.top(); S.pop();
sccno[x] = scc_cnt;
if (x == u) break;
}
}
}

void AddEdge(int u, int v) {
edges[tot] = (Edge){v, head[u]};
head[u] = tot++;
}

void new_AddEdge(int u, int v) {
E[ID] = (Edge){v, H[u]};
H[u] = ID++;
}

bool Topo() {
queue Q;
for (int u = 1; u <= scc_cnt; ++u) {
if (!in[u]) Q.push(u);
}
if (Q.size() > 1) return false;
while (!Q.empty()) {
int x = Q.front(); Q.pop();
for (int i = H[x]; ~i; i = E[i].next) {
int v = E[i].to;
in[v]--;
if (!in[v]) Q.push(v);
}
if (Q.size() > 1) return false;
}
return true;
}

int main() {
#ifndef ONLINE_JUDGE
freopen("in.txt", "r", stdin);
freopen("out.txt", "w", stdout);
#endif
int T, N, M, u, v;
scanf("%d", &T);
while (T--) {
scanf("%d%d", &N, &M);
init();
for (int i = 1; i <= M; ++i) {
scanf("%d%d", &u, &v);
AddEdge(u, v);
}
for (int i = 1; i <= N; ++i) {
if (!dfn[i]) Tarjan(i);
}
for (int u = 1; u <= N; ++u) {
for (int i = head[u]; ~i; i = edges[i].next) {
int v = edges[i].to;
if (sccno[u] != sccno[v]) {
new_AddEdge(sccno[u], sccno[v]);
in[sccno[v]]++;
}
}
}
if (Topo() || scc_cnt == 1) printf("Yes\n");
else printf("No\n");
}
return 0;
}
```

通过上述步骤和代码,我们可以有效地解决有向图中任意两点之间的可达性问题。希望这篇文章能为你提供有价值的参考。
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