一天都不理解的树的直径

以任意点w开始,先做一次BFS,找到最远的点v,然后再以此点v进行一次BFS,找到最远的点为u,u到v就是树的直径。

 

此问题的关键不是在编程,而是要证明,网上也找了很多资料,没有看到证明,以下是个人的证明方法。

 

首先要知道树是没有环路的连通图,任意两点都有一条通路,而且也只有一条通路。同时假设树的一条直径为u到v的路径,记为d(u,v)。

分情况讨论:

(1) 假设起始点w正好在直径上,则此时以w为起始点BFS,最远的点必定为直径的一个端点,这是显然的,否则可以找到一个比d(u,v)更长的通路,矛盾;

(2) 起始点w不在直径上,以w作一次BFS,设最远点为x,假设w到x的路径与直径相交,则x必定为直径的某个端点,这个证明方法和(1)类似

(3) 起始点w不在直径上,以w作一次BFS,设最远点为x,假设w到x的路径d(w,x)与直径d(u,v)不相交,以下证明这种情况(见下图)。


d(w,v)必定和d(u,v)相交于不是v的点,因为v是直径的端点,故v的度必须为1,否则可以找到更长的直径。如此从w到v必然经过v的前一个结点,即和d(u,v)相交于不是u的点,假设交于点y。

设d(w,v)与d(w,x)共同点为a,在d(w,x)中a的下一个结点为z,由于d(w,x)为以w为端点的最长路径,即d(w,x)>d(w,v),则d(z,x)>=d(y,v)。

目前找到了u到x的一条通路,这也是唯一一条通路d(u,x)

d(u,x)=d(y,u)+2+d(z,x)>=d(y,u)+d(y,v)+2>=d(u,v)+2,即d(u,x)比直径d(u,v)还长,与原假设矛盾,故情况(3)也得证

 

综上所述,两次BFS必为树的直径,但是图的直径不能通过这种方法获得。


代码:

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <cmath>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <queue>
using namespace std;
const int maxn = 40005;
vector<int> son[maxn], w[maxn];
bool vis[maxn], viss[maxn];
int f[maxn];
int bfs(int root){
    int i, j, k;
    int ans = root, maxx = 0;
    queue<int> q;
    memset(vis,0,sizeof(vis));
    memset(f,0,sizeof(f));
    q.push(root);
    vis[root] = 1;f[root] = 0;viss[root] = 1;
    while(!q.empty()){
        root = q.front();
        q.pop();
        for(i=0;i<son[root].size();i++){
            if(vis[son[root][i]]==0){
                q.push(son[root][i]);
                vis[son[root][i]] = 1;viss[son[root][i]] = 1;
                f[son[root][i]] = f[root]+w[root][i];
                if(maxx<f[son[root][i]]){
                    maxx = f[son[root][i]];
                    ans = son[root][i];
                }
            }
        }
    }
    return ans;
}
int solve(int root){
    int  u, v;
    u = bfs(root);
    v = bfs(u);
    return f[v];
}
int main(){
    int i, j, k, n, m;
    int x1, x2, l, u;
    int res;
    char opt;
    while(~scanf("%d%d",&n,&m)){
        for(i=0;i<=n;i++){
            son[i].clear();
            w[i].clear();
        }
        for(i=0;i<m;i++){
            scanf("%d%d%d",&x1,&x2,&l);
            scanf(" %c",&opt);
            son[x1].push_back(x2);w[x1].push_back(l);
            son[x2].push_back(x1);w[x2].push_back(l);
        }
        res = 0;
        memset(viss,0,sizeof(vis));
        for(i=1;i<=n;i++){
            if(viss[i]==0){
                res = max(res,solve(i));
            }
        }
        printf("%d\n",res);
    }
    return 0;
}


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转载自blog.csdn.net/Poseidon__ming/article/details/52097931
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