python/TangDou/AcWing/DCC/NC15707.md

NC15707 可达性

时间限制：C/C++ $1$秒，其他语言$2$秒 空间限制：C/C++ $262144K$，其他语言524288K 64bit IO Format: \%lld

题目描述

给出一个 0 ≤ N ≤ 10^5 点数、0 ≤ M ≤ 10^5 边数的 有向图， 输出一个尽可能小的点集，使得从这些点出发能够到达任意一点，如果有多个这样的集合，输出这些集合升序排序后字典序最小的。

输入描述: 第一行为两个整数 $1 ≤ n, m ≤ 10^5$， 接下来 M 行，每行两个整数 1 ≤ u, v ≤ 10^5 表示从点 u 至点 v 有一条有向边。 数据保证没有重边、自环。

输出描述: 第一行输出一个整数 $z$，表示作为答案的点集的大小； 第二行输出 z 个整数，升序排序，表示作为答案的点集。

示例1

输入

7 10
4 5
5 1
2 5
6 5
7 2
4 2
1 2
5 3
3 5
3 6

输出

2
4 7

思路

让求一个点集，使得从这些点出发能够到达任意一点，即是求能否找到一些强连通分量，这些强连通分量的入度为$0$。

如图，要想找到一个点集，使得从这些点出发能够到达任意一点，显然这个点集是$5$和$6$。$5$和$6$也都是一个独立的连通分量。

如图，若是$5$和$6$同属于一个强连通分量，根据题目要求，让尽可能小的点集和字典序最小的，那输出一个$5$就可以了。

因此，利用$tarjan$缩点，找出所有入度为$0$的强连通分量，找出里面最小一个的点。最后将所有的点再从小到大排序输出就行了。

Code

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N = 1e5 + 10, M = N << 1;

int n, m;
int in[N];    // 入度数组
bool flag[N]; // 用于判断所在连通分量是否是目标连通分量，是则为1

// 链式前向星
int e[M], h[N], idx, w[M], ne[M];
void add(int a, int b, int c = 0) {
    e[idx] = b, ne[idx] = h[a], w[idx] = c, h[a] = idx++;
}

// 有向图求强连通分量
int stk[N], top;    // tarjan算法需要用到的堆栈
bool in_stk[N];     // 是否在栈内
int dfn[N];         // dfs遍历到u的时间
int low[N];         // 从u开始走所能遍历到的最小时间戳
int ts;             // 时间戳,dfs序的标识,记录谁先谁后
int id[N], scc_cnt; // 强连通分量块的最新索引号
int sz[N];          // sz[i]表示编号为i的强连通分量中原来点的个数
// tarjan算法求强连通分量
void tarjan(int u) {
    dfn[u] = low[u] = ++ts;
    stk[++top] = u;
    in_stk[u] = 1;
    for (int i = h[u]; ~i; i = ne[i]) {
        int v = e[i];
        if (!dfn[v]) {
            tarjan(v);
            low[u] = min(low[u], low[v]);
        } else if (in_stk[v])
            low[u] = min(low[u], dfn[v]);
    }

    if (dfn[u] == low[u]) {
        ++scc_cnt; // 强连通分量的序号
        int x;     // 临时变量x,用于枚举栈中当前强连通分量中每个节点
        do {
            x = stk[top--];    // 弹出节点
            in_stk[x] = false; // 标识不在栈中了
            id[x] = scc_cnt;   // 记录每个节点在哪个强连通分量中
            sz[scc_cnt]++;     // 这个强连通分量中节点的个数+1
        } while (x != u);
    }
}

int main() {
    memset(h, -1, sizeof h);
    scanf("%d %d", &n, &m);

    while (m--) {
        int a, b;
        scanf("%d %d", &a, &b);
        add(a, b); // 有向图
    }
    // Tarjan算法套路
    for (int i = 1; i <= n; i++) // 疑问：如果有多个彼此不连通的连通块，那是不是不存在可以到达所有点的点集？
        if (!dfn[i]) tarjan(i);

    // 枚举所有出边
    for (int u = 1; u <= n; u++)
        for (int i = h[u]; ~i; i = ne[i]) {
            int v = e[i];
            int a = id[u], b = id[v]; // u和v不属于同一个强连通分量,且是u ->v
            if (a != b) in[b]++;      // 则v所在的强连通分量的入度+1
        }

    // 遍历每个强连通分量，找出入度为0的强连通分量
    for (int i = 1; i <= scc_cnt; i++)
        if (!in[i]) flag[i] = 1;

    // 遍历每个节点，如果它所在有强连通分量是入度为零的，则把此点记录到答案数组中,
    // 并且，修改此强连通分量的入度不是0，防止再次被加入到答案数组中
    set<int> ans;
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        int x = id[i];
        if (flag[x]) {
            ans.insert(i);
            flag[x] = 0;
        }
    }
    cout << ans.size() << endl;
    for (auto x : ans) cout << x << " ";
    return 0;
}

总结

• ① $Tarjan$求出强连通分量后，再利用$1 \sim n$枚举所有边，统计一下每条边的两个端点是否在同一个$scc$中，统计每个$scc$的入度
• ② 利用$1 \sim scc_cnt$的循环，对于入度为零的$scc$进行标识
• ③ 从$1 \sim n$由小到大枚举每个点，发现所在$scc$的 入度为零，则将该点记录到答案中，并且设置flag[id]=0,这个非常妙，可以有效防止后续该$scc$中其它大的序号点入答案
• ④ 用$set$可以避免用数组后再排序