Tarjan 循环检测帮助 C#

Question

这是 tarjan 循环检测的有效 C# 实现。

算法在这里找到： http://en.wikipedia.org/wiki/Tarjan%27s_strongly_connected_components_algorithm

public class TarjanCycleDetect
    {
        private static List<List<Vertex>> StronglyConnectedComponents;
        private static Stack<Vertex> S;
        private static int index;
        private static DepGraph dg;
        public static List<List<Vertex>> DetectCycle(DepGraph g)
        {
            StronglyConnectedComponents = new List<List<Vertex>>();
            index = 0;
            S = new Stack<Vertex>();
            dg = g;
            foreach (Vertex v in g.vertices)
            {
                if (v.index < 0)
                {
                    strongconnect(v);
                }
            }
            return StronglyConnectedComponents;
        }

        private static void strongconnect(Vertex v)
        {
            v.index = index;
            v.lowlink = index;
            index++;
            S.Push(v);

            foreach (Vertex w in v.dependencies)
            {
                if (w.index < 0)
                {
                    strongconnect(w);
                    v.lowlink = Math.Min(v.lowlink, w.lowlink);
                }
                else if (S.Contains(w))
                {
                    v.lowlink = Math.Min(v.lowlink, w.index);
                }
            }

            if (v.lowlink == v.index)
            {
                List<Vertex> scc = new List<Vertex>();
                Vertex w;
                do
                {
                    w = S.Pop();
                    scc.Add(w);
                } while (v != w);
                StronglyConnectedComponents.Add(scc);
            }

        }

注意 DepGraph 只是一个顶点列表。并且 Vertex 有一个代表边缘的其他 Vertex 列表。 index 和 lowlink 也被初始化为 -1

编辑：这是有效的......我只是误解了结果。

Answer 1

上面说的其实是对的，我没看懂什么是强连通分量。我期待该函数返回一个空的强连接组件列表，但它返回的是单个节点的列表。

我相信上述方法有效。如果您需要，请随时使用！

Answer 2

自 2008 年起，quickgraph 已支持此算法。有关实现，请参见 StronglyConnectedComponentsAlgorithm 类，或使用快捷方式参见 AlgorithmExtensions.StronglyConnectedComponents 方法。

例子：

// Initialize result dictionary
IDictionary<string, int> comps = new Dictionary<string, int>();

// Run the algorithm
graph.StronglyConnectedComponents(out comps);

// Group and filter the dictionary
var cycles = comps
    .GroupBy(x => x.Value, x => x.Key)
    .Where(x => x.Count() > 1)
    .Select(x => x.ToList())

Answer 3

如果有人想快速使用它，上面提供的示例无法正常运行。另请注意，它是基于堆栈的，如果您提供除了最微不足道的图表之外的任何内容，它将引爆您的堆栈。下面是一个带有单元测试的工作示例，它对 Tarjan 维基百科页面上呈现的图形进行建模：

public class Vertex
{
    public int Id { get;set; }
    public int Index { get; set; }
    public int Lowlink { get; set; }

    public HashSet<Vertex> Dependencies { get; set; }

    public Vertex()
    {
        Id = -1;
        Index = -1;
        Lowlink = -1;
        Dependencies = new HashSet<Vertex>();
    }

    public override string ToString()
    {
        return string.Format("Vertex Id {0}", Id);
    }

    public override int GetHashCode()
    {
        return Id;
    }

    public override bool Equals(object obj)
    {
        if (obj == null)
            return false;

        Vertex other = obj as Vertex;

        if (other == null)
            return false;

        return Id == other.Id;
    }
}

public class TarjanCycleDetectStack
{
    protected List<List<Vertex>> _StronglyConnectedComponents;
    protected Stack<Vertex> _Stack;
    protected int _Index;

    public List<List<Vertex>> DetectCycle(List<Vertex> graph_nodes)
    {
        _StronglyConnectedComponents = new List<List<Vertex>>();

        _Index = 0;
        _Stack = new Stack<Vertex>();

        foreach (Vertex v in graph_nodes)
        {
            if (v.Index < 0)
            {
                StronglyConnect(v);
            }
        }

        return _StronglyConnectedComponents;
    }

    private void StronglyConnect(Vertex v)
    {
        v.Index = _Index;
        v.Lowlink = _Index;

        _Index++;
        _Stack.Push(v);

        foreach (Vertex w in v.Dependencies)
        {
            if (w.Index < 0)
            {
                StronglyConnect(w);
                v.Lowlink = Math.Min(v.Lowlink, w.Lowlink);
            }
            else if (_Stack.Contains(w))
            {
                v.Lowlink = Math.Min(v.Lowlink, w.Index);
            }
        }

        if (v.Lowlink == v.Index)
        {
            List<Vertex> cycle = new List<Vertex>();
            Vertex w;

            do
            {
                w = _Stack.Pop();
                cycle.Add(w);
            } while (v != w);

            _StronglyConnectedComponents.Add(cycle);
        }
    }
}

    [TestMethod()]
    public void TarjanStackTest()
    {
        // tests simple model presented on https://en.wikipedia.org/wiki/Tarjan%27s_strongly_connected_components_algorithm
        var graph_nodes = new List<Vertex>();

        var v1 = new Vertex() { Id = 1 };
        var v2 = new Vertex() { Id = 2 };
        var v3 = new Vertex() { Id = 3 };
        var v4 = new Vertex() { Id = 4 };
        var v5 = new Vertex() { Id = 5 };
        var v6 = new Vertex() { Id = 6 };
        var v7 = new Vertex() { Id = 7 };
        var v8 = new Vertex() { Id = 8 };

        v1.Dependencies.Add(v2);
        v2.Dependencies.Add(v3);
        v3.Dependencies.Add(v1);
        v4.Dependencies.Add(v3);
        v4.Dependencies.Add(v5);
        v5.Dependencies.Add(v4);
        v5.Dependencies.Add(v6);
        v6.Dependencies.Add(v3);
        v6.Dependencies.Add(v7);
        v7.Dependencies.Add(v6);
        v8.Dependencies.Add(v7);
        v8.Dependencies.Add(v5);
        v8.Dependencies.Add(v8);

        graph_nodes.Add(v1);
        graph_nodes.Add(v2);
        graph_nodes.Add(v3);
        graph_nodes.Add(v4);
        graph_nodes.Add(v5);
        graph_nodes.Add(v6);
        graph_nodes.Add(v7);
        graph_nodes.Add(v8);

        var tcd = new TarjanCycleDetectStack();
        var cycle_list = tcd.DetectCycle(graph_nodes);

        Assert.IsTrue(cycle_list.Count == 4);
    }

我向 Vertex 对象添加了一个 Id 属性，因此很容易查看正在执行的操作，这不是绝对需要的。我也清理了一些代码，作者使用的是页面伪代码命名，便于比较，但信息量不大。