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## 欧拉图专题
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### 一、历史背景
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欧拉证明了这种走法是 **不可能的**。
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首先能想到的证明方法是把走七座桥的走法都列出来,一个一个的试验,但七座桥的所有走法共用$7!=5040种$,逐一试验将是很大的工作量。欧拉作为数学家,当然没那样想。欧拉把两座岛和河两岸抽象成顶点,每一座桥抽象成连接顶点的一条边,那么哥尼斯堡的七座桥就抽象成下面的图:
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**假设每座桥都恰好走过一次**,那么对于$A、B、C、D$四个顶点中的每一个顶点,需要从某条边进入,同时从另一条边离开。进入和离开顶点的次数是相同的,即每个顶点有多少条进入的边,就有多少条出去的边,也就是说,每个顶点相连的边是成对出现的,即每个顶点的相连边的数量必须是 **偶数** 。
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而上图中$A、C、D$四个顶点的相连边都是$3$,顶点$B$的相连边为$5$,都为 **奇数**。因此,这个图无法从一个顶点出发,遍历每条边各一次。
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### 二、相关的概念和定理
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**欧拉图、欧拉路径/回路**
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* 能够不重复地遍历完所有的边的路径——即一笔画的 **笔画**,称为 **欧拉路径**
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* 如果上述路径的起点与终点相同,则称为 **欧拉回路**
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* 包含欧拉路径的图称为**欧拉图**
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如下$gif$所示的图就是欧拉图,存在一个欧拉路径。
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<div align='center'>
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<img src='https://img2020.cnblogs.com/blog/8562/202108/8562-20210811170124935-1384516467.gif'>
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</div>
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下图是一笔画成的 **串** 字,也就是说烧烤店门口挂的这个字可以用单条$LED$灯带做成。
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<div align='center'>
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<img src='https://img2020.cnblogs.com/blog/8562/202108/8562-20210811170455185-9048501.png'>
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</div>
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那么柯尼斯堡七桥问题为什么不能 **一笔画** 呢?来看看欧拉提出的定理:
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**欧拉定理**
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欧拉同时考虑到了有向图与无向图的情况,因此要分别讨论。
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**无向图的情况**
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定理:
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> <font color='red' bold=true size='4px'>连通无向图$G$有欧拉路径的充要条件为:$G$中奇度顶点(即与其相连的边数目为奇数的顶点)有$0$个或者$2$个。</font>
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证明:
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`略`
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可知,柯尼斯堡七桥问题中的图有$4个$奇度顶点($1$个度数为$5$,$3$个度数为$3$),所以不存在欧拉路径。
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**有向图的情况**
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定理:
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<font color='red' bold=true size='4px'>
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> 底图连通的有向图$G$有欧拉路径的充要条件为:
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> 1、$G$的所有顶点入度和出度都相等;
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> 2、或者只有两个顶点的入度和出度不相等,且其中一个顶点的出度与入度之差为$1$,另一个顶点的入度与出度之差为$1$。
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</font>
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证明:`略`
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欧拉定理介绍完了,那么如何找到具体的路径呢?
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**寻找欧拉路径/回路**
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* <font color='red' bold=true size='4px'> ① 判断图的连通性,非连通图是不存在欧拉路径/回路的。</font>
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判断图的连通性可以通过传统的$DFS$方法,也可以通过 **并查集** 实现,另外还有基于传递闭包的$Floyd$-$Warshall$算法(没错就是求最短路的那个),可以参考配置习题学习,不再赘述。
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#### [图的连通性判断办法](https://www.cnblogs.com/littlehb/p/15131149.html)
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* <font color='red' bold=true size='4px'> ② 判断是否存在欧拉路径/回路</font>
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如果图是连通的,我们再遍历每个顶点的度(有向图就是入度和出度),根据欧拉定理即可判断图中是否欧拉路径/回路。
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- 连通 **无向图** $G$有欧拉路径的充要条件为:$G$中奇度顶点(即与其相连的边数目为奇数的顶点)有$0$个或者$2$个。
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- 底图连通的 **有向图** $G$有欧拉路径的充要条件为:
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- $G$的所有顶点入度和出度都相等
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- 或者只有两个顶点的入度和出度不相等,且其中一个顶点的出度与入度之差为$1$,另一个顶点的入度与出度之差为$1$
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* <font color='red' bold=true size='4px'>③ 找出路径的起点和终点</font>
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如果是欧拉路径的话,还能顺便找出路径的起点和终点。
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### 三、题单
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**[$AcWing$ $1123$. 铲雪车](https://www.cnblogs.com/littlehb/p/16105891.html)**
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**【无向图、无需建图、欧拉回路、每一次都可以走不同的路线清雪,不会空车跑】**
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**[$AcWing$ $1184$. 欧拉回路](https://www.cnblogs.com/littlehb/p/16106809.html)**
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**【无向图+有向图、稀疏图+链式前向星、找欧拉回路、变态级别的删边优化】**
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**[$AcWing$ $1124$. 骑马修栅栏](https://www.cnblogs.com/littlehb/p/16112674.html)**
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**【无向图,稠密图+邻接矩阵、删边优化、记录节点,不是记录边、找欧拉路径起点、字典序=正序枚举+倒序输出】**
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**[$AcWing$ $1185$. 单词游戏](https://www.cnblogs.com/littlehb/p/16113270.html)**
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**【有向图,根据入度和出度判断是否符合欧拉通路,再用并查集或$dfs$判连通性,$dfs$的话,注意删边优化,并查集不需要优化】**
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**[$HDU 1878$ 无向图判定欧拉回路 模板题](https://www.cnblogs.com/littlehb/p/16111585.html)**
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**【无向图,不用建图,用并查集判连通性,根据入度和出度判断是否符合欧拉通路】**
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**[$POJ$ $1300$ $Door$ $Man$ ](https://www.cnblogs.com/littlehb/p/17614261.html)**
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**【无向图,判断欧拉回路、欧拉路径】**
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**[$P1341$ 无序字母对](https://www.cnblogs.com/littlehb/p/17603323.html)**
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**【邻接矩阵,无向图,删边,并查集判连通,$dfs$求欧拉路径】**
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**[$POJ$ $1041$ $John′s$ $trip$](https://www.cnblogs.com/littlehb/p/17605621.html)**
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**【无向图,求边号字典序最小的欧拉回路,需要记录边号,按边号由小到大排序,正序输出;或者按边号由大到小排序,倒序输出,使用结构体进行自定义排序,然后再用链式前向星建图,这一点不如邻接表,邻接表可以直接排序,链式前向星不行,需要结构体辅助】**
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**[$P7771$ 【模板】欧拉路径](https://www.cnblogs.com/littlehb/p/17604965.html)**
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**【有向图,欧拉路径是否存在,删边,欧拉路径记录,字典序最小】**
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**[$POJ$ $2337$ $Catenyms$](https://www.cnblogs.com/littlehb/p/17606179.html)**
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**【有向图,欧拉路径是否存在,删边,记录欧拉路径,字典序最小】**
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**[$POJ2230$ $Watchcow$](https://www.cnblogs.com/littlehb/p/17606450.html)**
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**【无向图,欧拉路径】**
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**[$P3520$ [$POI2011$]$SMI$-$Garbage$](https://www.cnblogs.com/littlehb/p/17610559.html)**
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**【无向图,欧拉回路,多组, $dfs$找简单环,欧拉回路拆环】**
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**[$HDU$ - $5883$ $The$ $Best$ $Path$](https://www.cnblogs.com/littlehb/p/17614700.html)**
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**【异或和性质,欧拉通路,欧拉回路,点权与度数的关系】**
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[$POJ$ $2513$ $Colored$ $Sticks$](https://www.cnblogs.com/littlehb/p/17610931.html)
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**【无向图欧拉路判定,字符串$HASH$,$Trie$树,并查集】**
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**[$HDU$ $3018$ $Ant$ $Trip$](https://www.cnblogs.com/littlehb/p/17611260.html)**
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**【需要几笔画完,多个连通分量,奇数度节点个数$>0$:奇数度节点个数/$2?1$】**
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**[$hihoCoder$ $1182$ 欧拉路·三](https://www.cnblogs.com/littlehb/p/17611667.html)**
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**【兹鼓欧拉回路】**
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**[$POJ$ $1392$ $Ouroboros$ $Snake$](https://www.cnblogs.com/littlehb/p/17613418.html)**
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**【兹鼓欧拉回路,$2$进制】**
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**[$POJ$ $1780$ $Code$](https://www.cnblogs.com/littlehb/p/17613781.html)**
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**【兹鼓欧拉回路,$10$进制,循环模拟$dfs$,手工栈】**
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### $TODO$ 三轮待刷
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**[$POJ1637$ $Sightseeing$ $tour$](http://poj.org/problem?id=1637)**
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**【网络流,此题已超过目前我的知识范围,暂不学习】**
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【题 3】CodeForces 36E - Two Paths
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【题 4】CodeForces 209C - Trails and Glades
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【题 5】洛谷 P5921 - [POI1999] 原始生物
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【题 6】CodeForces 547D - Mike and Fish
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【题 7】洛谷 P6628 - [省选联考 2020 B 卷] 丁香之路
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https://www.cnblogs.com/milmon/p/16586142.html
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#### 代码模板
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```cpp {.line-numbers}
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// 记录边的dfs,要注意记录边和记录点的差别
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void dfs(int u) {
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for (int i = h[u]; ~i; i = h[u]) {
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h[u] = ne[i];
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dfs(e[i]);
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res[++rl] = w[i];
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}
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}
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int getStart() {
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int st = 0, a = 0, b = 0, c = 0;
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for (int i = 0; i < 26; i++) { // 枚举每个有效节点,每道题的具体实现可能有差异
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if (dout[i] != din[i]) a++; // 出度与入度不一致的数量
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if (dout[i] == din[i] + 1) b++, st = i; // 起点数量,记录起点
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if (dout[i] == din[i] - 1) c++; // 终点数量
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}
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if (a && (b != 1 || c != 1)) return -1; // 如果有不一致的,并且不是1个,则没有欧拉路径
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// 如果是一个环,也是存在欧拉路径的,但所有点的入度和出度一致,st不会被改写,需要再手找出起点。
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while (!dout[st]) st++;
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return st;
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}
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```
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