xxx 寻找图中的欧拉路径
字数 1062 2025-10-28 08:36:45
xxx 寻找图中的欧拉路径
题目描述
给定一个无向图或有向图,欧拉路径是指一条遍历图中每条边恰好一次的路径。如果路径的起点和终点相同,则称为欧拉回路。你需要设计算法,判断图中是否存在欧拉路径(或欧拉回路),并找出一条具体路径。
关键概念
- 欧拉路径:遍历所有边一次,起点和终点可能不同。
- 欧拉回路:欧拉路径的起点和终点相同。
- 度(Degree):无向图中顶点的边数;有向图中分为入度(In-degree)和出度(Out-degree)。
解题步骤
1. 判断是否存在欧拉路径
无向图条件:
- 欧拉回路:所有顶点的度均为偶数。
- 欧拉路径(非回路):恰好有两个顶点的度为奇数(作为起点和终点),其余顶点度均为偶数。
有向图条件:
- 欧拉回路:所有顶点的入度等于出度。
- 欧拉路径(非回路):恰好一个顶点出度比入度大1(起点),一个顶点入度比出度大1(终点),其余顶点入度等于出度。
2. 选择起点
- 若存在欧拉回路,可从任意顶点开始。
- 若为欧拉路径(非回路),从度数为奇数的顶点(无向图)或出度较大的顶点(有向图)开始。
3. 使用Hierholzer算法构造路径
核心思想:通过深度优先搜索(DFS)逐步构造路径,并利用栈回溯处理未遍历的边。
步骤:
- 从起点出发,进行DFS,每次选择一条未访问的边移动到下一顶点,并标记该边为已访问。
- 当顶点无未访问边时,将其加入路径栈(或链表头部)。
- 回溯到上一个顶点,继续探索未访问边,直到所有边被遍历。
- 最终栈中顺序即为逆序的欧拉路径,反转后得到正确顺序(或直接反向输出)。
4. 算法示例(无向图)
假设图如下(顶点A、B、C、D):
边集:A-B, A-C, B-C, C-D
步骤:
- 顶点度:A(2偶)、B(2偶)、C(3奇)、D(1奇) → 存在欧拉路径(起点C、终点D)。
- 从C开始DFS:C→A→B→C(无未访问边,将C加入路径栈:栈=[C])。
- 回溯到B:B无未访问边,加入栈:[B, C]。
- 回溯到A:A无未访问边,加入栈:[A, B, C]。
- 回溯到C:C仍有未访问边C-D,从C→D(D无未访问边,加入栈:[D, A, B, C])。
- 路径逆序:C→A→B→C→D。
5. 复杂度分析
- 时间复杂度:O(E),其中E为边数。每条边仅遍历一次。
- 空间复杂度:O(E)存储路径和栈。
总结
通过度数的奇偶性判断可行性,再通过Hierholzer算法高效构造路径,兼顾了正确性和效率。此算法适用于无向图、有向图及混合图(需调整条件)。