一文轻松搞定 tarjan 算法（二）（附带 tarjan 题单）
完结篇
：tarjan 求割点、点双连通分量、割边（桥）（附 40 道很好的 tarjan 题目）。
tarjan 求割点
还是
求强联通分量
的大致思路捏.
算法思路：
我们把图中的点分为两种： 每一个联通子图搜索开始的
根节点
和
其他点
。
判断是不是割点的方式如下：
对于根节点
：
记一下在跑 tarjan 过程中从这个点出发的未被搜索到的子节点的数量
\(child\)
，如果
\(child\ge 2\)
，那么这个点为割点，否则就不是割点；
- 证明（很简单，建议自己先想一想为什么或者手模个图，实在不懂再看证明）：
设根节点为点
\(u\)
，如果
\(child\)
为 1 的话，说明根节点的不同子树上的点可以不经过点
\(u\)
而互相到达，也就是说即使删了
\(u\)
点，图中所有点照样可以互相到达，则
\(u\)
不为割点。反之，同样也易证得为割点。对于其他点
：
判断一个点
\(u\)
有没有一个子节点
\(v\)
使得
low[v] >= dfn[u]
，若存在，则
\(u\)
为割点，否则不为割点。
- 证明：
因为我们在无向图中跑 tarjan 时，已经特判父节点或边的编号来避免走“回头路”了（详见上文求边双部分），所以如果满足判断条件时，说明
\(v\)
通过返祖边只能到达
\(u\)
及其子树部分，并不能到达
\(u\)
的祖先节点，所以若
\(u\)
点删去，那么
\(v\)
点便与
\(u\)
以上部分断开了，此时显然
\(u\)
为割点。
会判断这两类点是不是割点之后就做完了，相信大家也知道该怎么求了。看代码吧！
算法代码：
相比于求边双部分增加了数组
cut[x]
来判断
\(x\)
是不是割点，若为 true 则
\(x\)
是割点，否则不是。
void tarjan(int x, int p){
low[x] = dfn[x] = ++th;
s[++top] = x; int child = 0;
for(int i=head[x]; i; i=nxt[i]){
int y = to[i];
if(y == p) continue;
if(!dfn[y]){
tarjan(y, x);
low[x] = min(low[x], low[y]);
if(low[y] >= dfn[x]){
child++;
if(p != 0 or child > 1) cut[x] = 1;
}
}
else low[x] = min(low[x], dfn[y]);
}
}
为什么
p == 0
说明
\(x\)
为根节点呢，大家肯定知道啦！
因为主函数中是这么写的：
for(int i=1; i<=n; i++)
if(!dfn[i]) tarjan(i, 0);
tarjan 求点双连通分量
我该先写求点双好呢还是先写求割边好呢，这俩都是需要割点的相关知识的，啊选择困难症（
但是的但是，学会求割点之后那求点双（简称 BCC）就很简单啦
啦啦小魔仙，玛卡巴卡，卡巴露露，摇身变！
算法思路：
性质：
无向连通图中割点一定属于至少两个BCC，非割点只属于一个BCC
如此图：2 号点是个割点，其他点则不是。有红、蓝两个 BCC。
有一条显然的结论：
每个点双，它在 dfs 时最先被发现的点一定是割点或者 dfs 树的树根
。
证明：这很显然吧？！根据割点的定义自己理解一下，不证明。算了，还是简单说一下吧：我们知道割点是 BCC 的交点，即 BCC 通过割点连接，从一个 BCC 到另一个 BCC 一定是从经过割点开始的，所以证得。
那么这条结论其实就等价于
每个 BCC 都在其最先被发现的点（一个割点或根节点）的子树中
。那么我们在上文求割点方法基础上每找到一个割点（或根节点）后，其子树（包含自己）便是一个点双连通分量了。
实现：
我们还是维护一个栈，存点，每当搜索到一个点时就将该点入栈，找到割点（就是找到一个 BCC）时将栈顶到该割点所有元素依次出栈，（但注意：割点并不出栈，因为上文已说一个割点属于两个 BCC，它还需要来更新另一个 BCC，所以先不出栈，特判就行。）那么出栈的元素以及割点就是所求的点双了。
算法演示：
如上图中，我们以 1 为根开始搜索；
搜索到 2 节点时，继续递归 2 -> 3 -> 4；发现
\(low_4 = 2 < dfn_3\)
，那么 3 号点则不是割点，回溯；
而
\(low_3 = dfn_2\)
，所以
\(2\)
号点是割点，那么将此时栈中从栈顶到
\(2\)
号点所有元素出栈形成点双；
此时栈从栈尾到栈顶依次是：1，2，3，4。那么便是 2，3，4 构成一个点双（但 2 还在栈中）。
继续回溯到 2 -> 1；发现 1 号点是根节点，也将栈中元素出栈（这时 1 是根节点，所以 1 也出栈），那么 1，2 就又构成了一个点双。
算法代码：
void tarjan(int x, int p){
low[x] = dfn[x] = ++th;
s[++top] = x;
if(!p and !head[x]){ // 特判孤点
BCC[++bcc].emplace_back(x);
top--; return;
}
for(int i=head[x]; i; i=nxt[i]){
int y = to[i];
if(y == p) continue;
if(!dfn[y]){
tarjan(y, x);
low[x] = min(low[x], low[y]);
if(low[y] >= dfn[x] or !p){ //是割点或者根节点
++bcc;
do BCC[bcc].emplace_back(s[top]);
while(s[top--] != y);
BCC[bcc].emplace_back(x);
}
}
else low[x] = min(low[x], dfn[y]);
}
}
例题：
【模板】点双连通分量
板子题练练手。注意这题需要判孤点情况。
tarjan 求割边（桥）
太简单啦！
和割点差不多，改一条：
low[y] > dfn[x]
，并且不需要特判根节点了（因为 边 != 点）。
解释：（在判边保证不走回头路的条件下）
\(low_y = dfn_x\)
时，说明不通过从
\(x -> y\)
这条路径，
\(y\)
也照样可以回到
\(x\)
节点，那么就保证从
\(y\)
到
\(x\)
有两条路径可走了，所以
\(x->y\)
这条路不是割边。
那么完了！
算法代码：
cut[i] = true;
表示
\(i\)
这条路为割边。
void tarjan(int x, int p){
low[x] = dfn[x] = ++th;
s[++top] = x;
for(int i=head[x]; i; i=nxt[i]){
int y = to[i];
if(y == p) continue;
if(!dfn[y]){
tarjan(y, x);
low[x] = min(low[x], low[y]);
if(low[y] > dfn[x]){
cut[i] = true;
}
}
else low[x] = min(low[x], dfn[y]);
}
}
题目练习：
这有个很好的
tarjan 题单
，从模板到进阶，题都很好，推荐给大家。
所含题目如下
P1656 炸铁路
P1455 搭配购买
P3916 图的遍历
P2835 刻录光盘
P1073 [NOIP2009 提高组] 最优贸易
P2863 [USACO06JAN]The Cow Prom S
P8436 【模板】边双连通分量
P8287 「DAOI R1」Flame
P2002 消息扩散
P2341 [USACO03FALL / HAOI2006] 受欢迎的牛 G
P3387 【模板】缩点
P3388 【模板】割点（割顶）
P8435 【模板】点双连通分量
P1407 [国家集训队]稳定婚姻
P2194 HXY烧情侣
P2746 [USACO5.3]校园网Network of Schools
P2812 校园网络【[USACO]Network of Schools加强版】
P2941 [USACO09FEB]Surround the Islands S
P2860 [USACO06JAN]Redundant Paths G
P3398 仓鼠找 sugar
P2169 正则表达式
P3627 [APIO2009] 抢掠计划
P2656 采蘑菇
P4306 [JSOI2010]连通数
P5676 [GZOI2017]小z玩游戏
P1656 炸铁路
P1455 搭配购买
P3916 图的遍历
P2835 刻录光盘
P1073 [NOIP2009 提高组] 最优贸易
P2863 [USACO06JAN]The Cow Prom S
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P8287 「DAOI R1」Flame
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P2341 [USACO03FALL / HAOI2006] 受欢迎的牛 G
P3387 【模板】缩点
P3388 【模板】割点（割顶）
P8435 【模板】点双连通分量
P1407 [国家集训队]稳定婚姻
P2194 HXY烧情侣
P2746 [USACO5.3]校园网Network of Schools
P2812 校园网络【[USACO]Network of Schools加强版】
P2941 [USACO09FEB]Surround the Islands S
P2860 [USACO06JAN]Redundant Paths G
P3398 仓鼠找 sugar
P1262 间谍网络
P4742 [Wind Festival]Running In The Sky
P8867 [NOIP2022] 建造军营
P3469 [POI2008]BLO-Blockade
P2515 [HAOI2010]软件安装
P5058 [ZJOI2004]嗅探器
P7687 [CEOI2005] Critical Network Lines
P7924 「EVOI-RD2」旅行家
P5236 【模板】静态仙人掌
P3225 [HNOI2012]矿场搭建
P4716 【模板】最小树形图
P4126 [AHOI2009]最小割
P6335 [COCI2007-2008#1] STAZA
P4637 [SHOI2011]扫雷机器人
P5236 【模板】静态仙人掌
P4716 【模板】最小树形图
P4436 [HNOI/AHOI2018]游戏
End
历时多天，终于把这两篇 tarjan 写完了。
tarjan 都学了，那下一章包得是圆方树的啦（
\(敬请期待......\)
