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Tarjanサイクル検出ヘルプC＃

これは、tarjanのサイクル検出の実用的なC＃実装です。

アルゴリズムはここにあります： http://en.wikipedia.org/wiki/Tarjan%27s_strongly_connected_components_algorithm

public class TarjanCycleDetect
    {
        private static List<List<Vertex>> StronglyConnectedComponents;
        private static Stack<Vertex> S;
        private static int index;
        private static DepGraph dg;
        public static List<List<Vertex>> DetectCycle(DepGraph g)
        {
            StronglyConnectedComponents = new List<List<Vertex>>();
            index = 0;
            S = new Stack<Vertex>();
            dg = g;
            foreach (Vertex v in g.vertices)
            {
                if (v.index < 0)
                {
                    strongconnect(v);
                }
            }
            return StronglyConnectedComponents;
        }

        private static void strongconnect(Vertex v)
        {
            v.index = index;
            v.lowlink = index;
            index++;
            S.Push(v);

            foreach (Vertex w in v.dependencies)
            {
                if (w.index < 0)
                {
                    strongconnect(w);
                    v.lowlink = Math.Min(v.lowlink, w.lowlink);
                }
                else if (S.Contains(w))
                {
                    v.lowlink = Math.Min(v.lowlink, w.index);
                }
            }

            if (v.lowlink == v.index)
            {
                List<Vertex> scc = new List<Vertex>();
                Vertex w;
                do
                {
                    w = S.Pop();
                    scc.Add(w);
                } while (v != w);
                StronglyConnectedComponents.Add(scc);
            }

        }

DepGraphはVertexの単なるリストであることに注意してください。頂点には、エッジを表す他の頂点のリストがあります。また、インデックスとローリンクは-1に初期化されます

編集：これは機能しています...私は結果を誤って解釈しました。

c#algorithmcycledirected-graphtarjans-algorithm
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user623879

上記は実際には正しいです、私は強く接続されたコンポーネントが何であるかを理解していませんでした。関数が強く接続されたコンポーネントの空のリストを返すことを期待していましたが、単一ノードのリストを返していました。

上記は機能していると思います。必要に応じてお気軽にご利用ください！

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user623879

問題の上記の例は、誰かがすぐにそれを試してみたい場合は機能しません。また、スタックベースであることに注意してください。これは、最も些細なグラフ以外のものを指定すると、スタックを爆発させます。これは、Tarjanwikipediaページに表示されるグラフをモデル化する単体テストの実例です。

public class Vertex
{
    public int Id { get;set; }
    public int Index { get; set; }
    public int Lowlink { get; set; }

    public HashSet<Vertex> Dependencies { get; set; }

    public Vertex()
    {
        Id = -1;
        Index = -1;
        Lowlink = -1;
        Dependencies = new HashSet<Vertex>();
    }

    public override string ToString()
    {
        return string.Format("Vertex Id {0}", Id);
    }

    public override int GetHashCode()
    {
        return Id;
    }

    public override bool Equals(object obj)
    {
        if (obj == null)
            return false;

        Vertex other = obj as Vertex;

        if (other == null)
            return false;

        return Id == other.Id;
    }
}

public class TarjanCycleDetectStack
{
    protected List<List<Vertex>> _StronglyConnectedComponents;
    protected Stack<Vertex> _Stack;
    protected int _Index;

    public List<List<Vertex>> DetectCycle(List<Vertex> graph_nodes)
    {
        _StronglyConnectedComponents = new List<List<Vertex>>();

        _Index = 0;
        _Stack = new Stack<Vertex>();

        foreach (Vertex v in graph_nodes)
        {
            if (v.Index < 0)
            {
                StronglyConnect(v);
            }
        }

        return _StronglyConnectedComponents;
    }

    private void StronglyConnect(Vertex v)
    {
        v.Index = _Index;
        v.Lowlink = _Index;

        _Index++;
        _Stack.Push(v);

        foreach (Vertex w in v.Dependencies)
        {
            if (w.Index < 0)
            {
                StronglyConnect(w);
                v.Lowlink = Math.Min(v.Lowlink, w.Lowlink);
            }
            else if (_Stack.Contains(w))
            {
                v.Lowlink = Math.Min(v.Lowlink, w.Index);
            }
        }

        if (v.Lowlink == v.Index)
        {
            List<Vertex> cycle = new List<Vertex>();
            Vertex w;

            do
            {
                w = _Stack.Pop();
                cycle.Add(w);
            } while (v != w);

            _StronglyConnectedComponents.Add(cycle);
        }
    }
}

    [TestMethod()]
    public void TarjanStackTest()
    {
        // tests simple model presented on https://en.wikipedia.org/wiki/Tarjan%27s_strongly_connected_components_algorithm
        var graph_nodes = new List<Vertex>();

        var v1 = new Vertex() { Id = 1 };
        var v2 = new Vertex() { Id = 2 };
        var v3 = new Vertex() { Id = 3 };
        var v4 = new Vertex() { Id = 4 };
        var v5 = new Vertex() { Id = 5 };
        var v6 = new Vertex() { Id = 6 };
        var v7 = new Vertex() { Id = 7 };
        var v8 = new Vertex() { Id = 8 };

        v1.Dependencies.Add(v2);
        v2.Dependencies.Add(v3);
        v3.Dependencies.Add(v1);
        v4.Dependencies.Add(v3);
        v4.Dependencies.Add(v5);
        v5.Dependencies.Add(v4);
        v5.Dependencies.Add(v6);
        v6.Dependencies.Add(v3);
        v6.Dependencies.Add(v7);
        v7.Dependencies.Add(v6);
        v8.Dependencies.Add(v7);
        v8.Dependencies.Add(v5);
        v8.Dependencies.Add(v8);

        graph_nodes.Add(v1);
        graph_nodes.Add(v2);
        graph_nodes.Add(v3);
        graph_nodes.Add(v4);
        graph_nodes.Add(v5);
        graph_nodes.Add(v6);
        graph_nodes.Add(v7);
        graph_nodes.Add(v8);

        var tcd = new TarjanCycleDetectStack();
        var cycle_list = tcd.DetectCycle(graph_nodes);

        Assert.IsTrue(cycle_list.Count == 4);
    }

VertexオブジェクトにIdプロパティを追加したので、何が行われているのかを簡単に確認できます。厳密には必要ありません。また、コードの一部を少しクリーンアップしました。作成者はページの擬似コードからの命名を使用していました。これは比較に適していますが、あまり有益ではありませんでした。

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Roger Hill

2008年の時点で、quickgraphはこのアルゴリズムをサポートしています。実装についてはStronglyConnectedComponentsAlgorithmクラス、またはAlgorithmExtensions.StronglyConnectedComponents使用法のショートカットのメソッド。

例：

// Initialize result dictionary
IDictionary<string, int> comps = new Dictionary<string, int>();

// Run the algorithm
graph.StronglyConnectedComponents(out comps);

// Group and filter the dictionary
var cycles = comps
    .GroupBy(x => x.Value, x => x.Key)
    .Where(x => x.Count() > 1)
    .Select(x => x.ToList())
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JohannesH