更新时间:2022-08-25 14:25
设G=(V,E)是有向图,对于任意u,v∈V,从u可达v或者从v可达u,则称G为单向连通图(unilateral connected digraph)。
在有向图中,即使存在从结点 到 的通路,却未必存在从 到 的通路,即顶点之间的可达关系没有对称性。因此,有向图的连通性分为强连通、单向连通和弱连通3种。
定义1设D是一个有向图,如果D中任意两个结点都彼此可达,则称D为强连通图。如果D中任意两点 之间,有 到 可达或 到 可达(称为单向可达),则称D为单向连通图。如果有向图的底图是无向连通图,则称D为弱连通图。
注意:强连通图必是单向连通图,单向连通图必是弱连通图。但反之未必。
例1 图1(a)是强连通图,图1(b)是单向连通图,图1(c)是弱连通图,图1(d)不是弱连通图。
定义2设是有向图,G的极大的单向连通子图称为G的单向连通分支(unilateral connected component)。
由定义知,如图2所示有两个单向连通分支,分别是G[1,2,3,4,5],G[5,6]。
注意:有向图G的节点可以位于G的不同的单向连通分支中。
关于单向连通图的判定,有如下定理。
设 是有向图,则 单向连通当且仅当 中存在一条路,它通过所有节点。
证法一: ( )若能证明命题“对于任意 均存在一个W中节点在G中到W中其余节点都有路”,则定理结论成立,因为先取W=V,存在 到其余V中节点有路,再取 ,存在 到其余 节点有路.这样一直下去,就可以得到一条从 到 , 到 , 到 的一条路,其中 (但这条路不一定是轨迹)。
假定上述命题不成立,令 是使其不成立的元素个数最少的,这时k≥3,根据假设 使命题成立,于是必存在 中一个节点,不妨设为 到其余节点 有路,而假设 到 是没有路的,否则与W的假设矛盾。另一方面,由于 到其余节点 有路,所以 到 没有路,否则 到 都有路,由于 到 没有路,而 到 也没有路,与已知G是单向连通图矛盾。
( )显然。
证法二:充分性:若G中有一回路,它至少经过每个顶点一次。则图中任何两个顶点都是相互可达的,可见图G是强连通图。
必要性:若有向图G是强连通的,则图中任何两个顶点都是相互可达的,故可作出一回路它经过图中的所有顶点。否则,必有一回路不通过某个顶点v,因此v与回路上的个结点均互不可达,这与G是强连通图矛盾。
例2 判断图3中两有向图的连通性。
解:图3(a)中存在着经过所有点的回路,故图3(a)是强连通图,图3(b)没有a到其他顶点的通路,故图3(b)是单向连通图。