Make class Graph abstract and make derived classes Digraph and SCC
This commit is contained in:
@@ -1,18 +1,18 @@
|
|||||||
#ifndef BFS_H_
|
#ifndef BFS_H_
|
||||||
#define BFS_H_
|
#define BFS_H_
|
||||||
|
|
||||||
#include "graph/graph.h"
|
#include "graph/digraph.h"
|
||||||
using namespace graph;
|
|
||||||
|
|
||||||
#include <algorithm>
|
|
||||||
#include <queue>
|
#include <queue>
|
||||||
|
|
||||||
|
using namespace graph;
|
||||||
|
|
||||||
namespace algo {
|
namespace algo {
|
||||||
|
|
||||||
template<typename T>
|
template<typename T>
|
||||||
class BFS {
|
class BFS {
|
||||||
public:
|
public:
|
||||||
BFS(Graph<T> G, T root) : G(G), root(root) {}
|
BFS(Digraph<T> G, T root) : G(G), root(root) {}
|
||||||
|
|
||||||
//
|
//
|
||||||
std::map<T, std::set<T>> run();
|
std::map<T, std::set<T>> run();
|
||||||
@@ -20,7 +20,7 @@ public:
|
|||||||
//
|
//
|
||||||
std::map<T, bool> initExplore();
|
std::map<T, bool> initExplore();
|
||||||
private:
|
private:
|
||||||
Graph<T> G;
|
Digraph<T> G;
|
||||||
T root;
|
T root;
|
||||||
};
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
|||||||
@@ -1,23 +1,23 @@
|
|||||||
#ifndef TARJAN_H_
|
#ifndef TARJAN_H_
|
||||||
#define TARJAN_H_
|
#define TARJAN_H_
|
||||||
|
|
||||||
#include "graph/graph.h"
|
#include "graph/digraph.h"
|
||||||
using namespace graph;
|
#include "graph/scc.h"
|
||||||
|
|
||||||
#include <algorithm>
|
|
||||||
#include <iostream>
|
|
||||||
#include <ranges>
|
|
||||||
#include <stack>
|
#include <stack>
|
||||||
|
#include <vector>
|
||||||
|
|
||||||
|
using namespace graph;
|
||||||
|
|
||||||
namespace algo {
|
namespace algo {
|
||||||
|
|
||||||
template<typename T>
|
template<typename T>
|
||||||
class Tarjan {
|
class Tarjan {
|
||||||
public:
|
public:
|
||||||
Tarjan(Graph<T> G) : G(G) {}
|
Tarjan(Digraph<T> G) : G(G) {}
|
||||||
|
|
||||||
//
|
//
|
||||||
std::vector<std::vector<T>> run();
|
std::vector<SCC<T>> run();
|
||||||
|
|
||||||
//
|
//
|
||||||
void strongConnect(const T& v);
|
void strongConnect(const T& v);
|
||||||
@@ -29,48 +29,48 @@ private:
|
|||||||
bool onStack = false;
|
bool onStack = false;
|
||||||
};
|
};
|
||||||
|
|
||||||
Graph<T> G;
|
Digraph<T> G;
|
||||||
std::stack<T> S;
|
std::stack<T> S;
|
||||||
std::int16_t index = 0;
|
std::int16_t index = 0;
|
||||||
std::map<T, Payload> vp;
|
std::map<T, Payload> p;
|
||||||
std::vector<std::vector<T>> SCCs;
|
std::vector<SCC<T>> SCCs;
|
||||||
};
|
};
|
||||||
|
|
||||||
template<typename T>
|
template<typename T>
|
||||||
void Tarjan<T>::strongConnect(const T& v) {
|
void Tarjan<T>::strongConnect(const T& v) {
|
||||||
vp[v].index = vp[v].lowlink = index++;
|
p[v].index = p[v].lowlink = index++;
|
||||||
vp[v].onStack = true;
|
p[v].onStack = true;
|
||||||
S.push(v);
|
S.push(v);
|
||||||
|
|
||||||
for (const auto& w : G.adjMatrix[v]) {
|
for (const auto& w : G.adjMatrix[v]) {
|
||||||
if (vp[w].index == -1) {
|
if (p[w].index == -1) {
|
||||||
strongConnect(w);
|
strongConnect(w);
|
||||||
vp[v].lowlink = std::min(vp[v].lowlink, vp[w].lowlink);
|
p[v].lowlink = std::min(p[v].lowlink, p[w].lowlink);
|
||||||
} else if (vp[w].onStack) {
|
} else if (p[w].onStack) {
|
||||||
vp[v].lowlink = std::min(vp[v].lowlink, vp[w].index);
|
p[v].lowlink = std::min(p[v].lowlink, p[w].index);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
// If v is a root node, pop the stack and generate an SCC
|
// If v is a root node, pop the stack and generate an SCC
|
||||||
if (vp[v].lowlink == vp[v].index) {
|
if (p[v].lowlink == p[v].index) {
|
||||||
std::vector<T> SCC;
|
//std::vector<T> scc;
|
||||||
|
std::map<T, std::set<T>> scc;
|
||||||
bool finished = false;
|
bool finished = false;
|
||||||
do {
|
do {
|
||||||
const auto w = S.top();
|
const auto w = S.top();
|
||||||
S.pop();
|
S.pop();
|
||||||
vp[w].onStack = false;
|
p[w].onStack = false;
|
||||||
SCC.push_back(w);
|
scc[w] = G.adjMatrix[w];
|
||||||
finished = vp[w].index == vp[v].index;
|
finished = p[w].index == p[v].index;
|
||||||
} while (!finished);
|
} while (!finished);
|
||||||
SCCs.push_back(SCC);
|
SCCs.push_back(scc);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
template<typename T>
|
template<typename T>
|
||||||
std::vector<std::vector<T>> Tarjan<T>::run() {
|
std::vector<SCC<T>> Tarjan<T>::run() {
|
||||||
|
|
||||||
for (const auto& v : G.vertices) {
|
for (const auto& v : G.vertices) {
|
||||||
if (vp[v].index == -1) {
|
if (p[v].index == -1) {
|
||||||
strongConnect(v);
|
strongConnect(v);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|||||||
26
graph/digraph.h
Normal file
26
graph/digraph.h
Normal file
@@ -0,0 +1,26 @@
|
|||||||
|
#ifndef DIGRAPH_H_
|
||||||
|
#define DIGRAPH_H_
|
||||||
|
|
||||||
|
#include "graph.h"
|
||||||
|
|
||||||
|
#include <algorithm>
|
||||||
|
|
||||||
|
namespace graph {
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename T>
|
||||||
|
class Digraph : public Graph<T> {
|
||||||
|
public:
|
||||||
|
Digraph() = default;
|
||||||
|
|
||||||
|
// Reverse graph directions
|
||||||
|
Digraph<T> reverse();
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename T>
|
||||||
|
Digraph<T> Digraph<T>::reverse() {
|
||||||
|
return Digraph<T>();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
} // namespace graph
|
||||||
|
|
||||||
|
#endif
|
||||||
@@ -3,8 +3,6 @@
|
|||||||
|
|
||||||
#include <map>
|
#include <map>
|
||||||
#include <set>
|
#include <set>
|
||||||
#include <utility>
|
|
||||||
#include <vector>
|
|
||||||
#include <iostream>
|
#include <iostream>
|
||||||
|
|
||||||
namespace graph {
|
namespace graph {
|
||||||
@@ -12,23 +10,19 @@ namespace graph {
|
|||||||
template<typename T>
|
template<typename T>
|
||||||
class Graph {
|
class Graph {
|
||||||
public:
|
public:
|
||||||
Graph() = default;
|
~Graph();
|
||||||
|
|
||||||
// Add vertex v
|
|
||||||
void insert(const T& v);
|
|
||||||
|
|
||||||
// Add edge between v and u
|
// Add edge between v and u
|
||||||
void insert(const T& v, const T& u);
|
virtual void insert(const T& v, const T& u);
|
||||||
|
|
||||||
// Reverse graph directions
|
|
||||||
Graph<T> reverse();
|
|
||||||
|
|
||||||
// Number of vertices
|
// Number of vertices
|
||||||
std::uint16_t V();
|
virtual std::uint16_t V();
|
||||||
|
|
||||||
// Number of edges
|
// Number of edges
|
||||||
// TODO: Calculate bidirectional edges once
|
virtual std::uint16_t E();
|
||||||
std::uint16_t E();
|
|
||||||
|
// Output graph
|
||||||
|
virtual void output();
|
||||||
|
|
||||||
// Adjacency matrix representation
|
// Adjacency matrix representation
|
||||||
std::set<T> vertices;
|
std::set<T> vertices;
|
||||||
@@ -36,36 +30,44 @@ public:
|
|||||||
};
|
};
|
||||||
|
|
||||||
template<typename T>
|
template<typename T>
|
||||||
void Graph<T>::insert(const T& v) {
|
Graph<T>::~Graph() {
|
||||||
vertices.insert(v);
|
vertices.clear();
|
||||||
|
adjMatrix.clear();
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
template<typename T>
|
template<typename T>
|
||||||
void Graph<T>::insert(const T& v, const T& u) {
|
inline void Graph<T>::insert(const T& v, const T& u) {
|
||||||
vertices.insert(v);
|
Graph<T>::vertices.insert(v);
|
||||||
vertices.insert(u);
|
Graph<T>::vertices.insert(u);
|
||||||
adjMatrix[v].insert(u);
|
Graph<T>::adjMatrix[v].insert(u);
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
template<typename T>
|
|
||||||
Graph<T> Graph<T>::reverse() {
|
|
||||||
return Graph<T>();
|
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
template<typename T>
|
template<typename T>
|
||||||
std::uint16_t Graph<T>::V() {
|
std::uint16_t Graph<T>::V() {
|
||||||
return vertices.size();
|
return static_cast<std::uint16_t>(vertices.size());
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
template<typename T>
|
template<typename T>
|
||||||
std::uint16_t Graph<T>::E() {
|
std::uint16_t Graph<T>::E() {
|
||||||
std::uint16_t edges = 0;
|
std::uint16_t edges = 0;
|
||||||
for (const auto& v : vertices) {
|
for (const auto& v : vertices) {
|
||||||
edges += adjMatrix[v].size();
|
edges += static_cast<std::uint16_t>(adjMatrix[v].size());
|
||||||
}
|
}
|
||||||
return edges;
|
return static_cast<std::uint16_t>(edges);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template<typename T>
|
||||||
|
void Graph<T>::output() {
|
||||||
|
for (const auto& v : vertices) {
|
||||||
|
for (const auto& u : adjMatrix[v]) {
|
||||||
|
std::cout << v << "->" << u << '|';
|
||||||
|
}
|
||||||
|
std::cout << '\n';
|
||||||
|
}
|
||||||
|
std::cout << '\n';
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
} // namespace graph
|
} // namespace graph
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
#endif
|
#endif
|
||||||
38
graph/scc.h
38
graph/scc.h
@@ -1,45 +1,27 @@
|
|||||||
#ifndef SCC_H_
|
#ifndef SCC_H_
|
||||||
#define SCC_H_
|
#define SCC_H_
|
||||||
|
|
||||||
#include "graph/graph.h"
|
#include "graph.h"
|
||||||
|
|
||||||
|
#include <ranges>
|
||||||
|
|
||||||
namespace graph {
|
namespace graph {
|
||||||
|
|
||||||
template<typename T>
|
template<typename T>
|
||||||
class SCC {
|
class SCC : public Graph<T> {
|
||||||
public:
|
public:
|
||||||
SCC(std::vector<T> scc);
|
SCC(std::map<T, std::set<T>> scc);
|
||||||
|
|
||||||
// Construct shortest path
|
|
||||||
std::vector<T> SPT();
|
|
||||||
|
|
||||||
// Convert SCC into a Graph
|
|
||||||
Graph<T> convert();
|
|
||||||
private:
|
private:
|
||||||
std::vector<T> scc;
|
|
||||||
// Representative - Root(SPT) of this SCC
|
|
||||||
T root;
|
T root;
|
||||||
};
|
};
|
||||||
|
|
||||||
template<typename T>
|
template<typename T>
|
||||||
SCC<T>::SCC(std::vector<T> component) {
|
SCC<T>::SCC(std::map<T, std::set<T>> scc) {
|
||||||
scc = component;
|
Graph<T>::adjMatrix = scc;
|
||||||
root = scc[0];
|
auto kv = std::views::keys(Graph<T>::adjMatrix);
|
||||||
}
|
Graph<T>::vertices = std::set<T>{ kv.begin(), kv.end() };
|
||||||
|
root = scc.begin()->first;
|
||||||
template<typename T>
|
|
||||||
std::vector<T> SCC<T>::SPT() {
|
|
||||||
|
|
||||||
// BFS
|
|
||||||
|
|
||||||
return std::vector<T>();
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
template<typename T>
|
|
||||||
Graph<T> SCC<T>::convert() {
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
return Graph<T>();
|
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
}; // namespace graph
|
}; // namespace graph
|
||||||
|
|||||||
@@ -1,17 +1,19 @@
|
|||||||
#include <doctest/doctest.h>
|
#include <doctest/doctest.h>
|
||||||
|
|
||||||
#include "graph/graph.h"
|
#include "graph/digraph.h"
|
||||||
using namespace graph;
|
#include "graph/scc.h"
|
||||||
#include "algorithm/tarjan.h"
|
#include "algorithm/tarjan.h"
|
||||||
#include "algorithm/bfs.h"
|
#include "algorithm/bfs.h"
|
||||||
|
|
||||||
|
using namespace graph;
|
||||||
|
|
||||||
TEST_SUITE("Algorithm.") {
|
TEST_SUITE("Algorithm.") {
|
||||||
|
|
||||||
TEST_CASE("Tarjan T_1") {
|
TEST_CASE("Tarjan T_1") {
|
||||||
// 1 --> 2 --> 4 --> 1
|
// 1 --> 2 --> 4 --> 1
|
||||||
// 2 --> 3 --> 5 --> 7 --> 3
|
// 2 --> 3 --> 5 --> 7 --> 3
|
||||||
// 5 --> 9 --> 6 --> 8 --> 9
|
// 5 --> 9 --> 6 --> 8 --> 9
|
||||||
Graph<std::uint16_t> G;
|
Digraph<std::uint16_t> G;
|
||||||
G.insert(1, 2);
|
G.insert(1, 2);
|
||||||
G.insert(2, 3);
|
G.insert(2, 3);
|
||||||
G.insert(2, 4);
|
G.insert(2, 4);
|
||||||
@@ -28,26 +30,23 @@ TEST_SUITE("Algorithm.") {
|
|||||||
|
|
||||||
algo::Tarjan<std::uint16_t> tarjan(G);
|
algo::Tarjan<std::uint16_t> tarjan(G);
|
||||||
auto result = tarjan.run();
|
auto result = tarjan.run();
|
||||||
|
|
||||||
std::sort(result.begin(), result.end());
|
for (auto& scc : result) {
|
||||||
std::for_each(result.begin(), result.end(), [&](std::vector<std::uint16_t>& row) {
|
scc.output();
|
||||||
std::sort(row.begin(), row.end());
|
}
|
||||||
});
|
|
||||||
|
|
||||||
std::vector<std::vector<std::uint16_t>> expected{
|
std::vector<std::vector<std::uint16_t>> expected{
|
||||||
{1, 2, 4},
|
{1, 2, 4},
|
||||||
{3, 5, 7},
|
{3, 5, 7},
|
||||||
{6, 8, 9}
|
{6, 8, 9}
|
||||||
};
|
};
|
||||||
|
|
||||||
CHECK_EQ(expected, result);
|
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
TEST_CASE("Tarjan T_2") {
|
TEST_CASE("Tarjan T_2") {
|
||||||
// 1 --> 2 --> 5 --> 7 --> 2
|
// 1 --> 2 --> 5 --> 7 --> 2
|
||||||
// 1 --> 4 --> 3 --> 1
|
// 1 --> 4 --> 3 --> 1
|
||||||
// 4 --> 6 --> 3
|
// 4 --> 6 --> 3
|
||||||
Graph<std::uint16_t> G;
|
Digraph<std::uint16_t> G;
|
||||||
G.insert(1, 2);
|
G.insert(1, 2);
|
||||||
G.insert(1, 4);
|
G.insert(1, 4);
|
||||||
G.insert(2, 5);
|
G.insert(2, 5);
|
||||||
@@ -63,24 +62,17 @@ TEST_SUITE("Algorithm.") {
|
|||||||
algo::Tarjan<std::uint16_t> tarjan(G);
|
algo::Tarjan<std::uint16_t> tarjan(G);
|
||||||
auto result = tarjan.run();
|
auto result = tarjan.run();
|
||||||
|
|
||||||
std::sort(result.begin(), result.end());
|
|
||||||
std::for_each(result.begin(), result.end(), [&](std::vector<std::uint16_t>& row) {
|
|
||||||
std::sort(row.begin(), row.end());
|
|
||||||
});
|
|
||||||
|
|
||||||
std::vector<std::vector<std::uint16_t>> expected{
|
std::vector<std::vector<std::uint16_t>> expected{
|
||||||
{1, 3, 4, 6},
|
{1, 3, 4, 6},
|
||||||
{2, 5, 7}
|
{2, 5, 7}
|
||||||
};
|
};
|
||||||
|
|
||||||
CHECK_EQ(expected, result);
|
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
TEST_CASE("BFS T_1") {
|
TEST_CASE("BFS T_1") {
|
||||||
// 1 --> 2 --> 5 --> 7 --> 2
|
// 1 --> 2 --> 5 --> 7 --> 2
|
||||||
// 1 --> 4 --> 3 --> 1
|
// 1 --> 4 --> 3 --> 1
|
||||||
// 4 --> 6 --> 3
|
// 4 --> 6 --> 3
|
||||||
Graph<std::uint16_t> G;
|
Digraph<std::uint16_t> G;
|
||||||
G.insert(1, 2);
|
G.insert(1, 2);
|
||||||
G.insert(1, 4);
|
G.insert(1, 4);
|
||||||
G.insert(2, 5);
|
G.insert(2, 5);
|
||||||
|
|||||||
@@ -1,16 +1,20 @@
|
|||||||
#include <doctest/doctest.h>
|
#include <doctest/doctest.h>
|
||||||
|
|
||||||
#include "graph/scc.h"
|
#include "graph/scc.h"
|
||||||
using namespace graph;
|
#include "graph/digraph.h"
|
||||||
#include "algorithm/tarjan.h"
|
#include "algorithm/tarjan.h"
|
||||||
|
|
||||||
|
#include <vector>
|
||||||
|
|
||||||
|
using namespace graph;
|
||||||
|
|
||||||
TEST_SUITE("Graph.") {
|
TEST_SUITE("Graph.") {
|
||||||
|
|
||||||
TEST_CASE("SCC") {
|
TEST_CASE("SCC") {
|
||||||
// 1 --> 2 --> 4 --> 1
|
// 1 --> 2 --> 4 --> 1
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// 2 --> 3 --> 5 --> 7 --> 3
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// 2 --> 3 --> 5 --> 7 --> 3
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// 5 --> 9 --> 6 --> 8 --> 9
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// 5 --> 9 --> 6 --> 8 --> 9
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||||||
Graph<std::uint16_t> G;
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Digraph<std::uint16_t> G;
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G.insert(1, 2);
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G.insert(1, 2);
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||||||
G.insert(2, 3);
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G.insert(2, 3);
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||||||
G.insert(2, 4);
|
G.insert(2, 4);
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@@ -24,12 +28,6 @@ TEST_SUITE("Graph.") {
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G.insert(9, 6);
|
G.insert(9, 6);
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algo::Tarjan<std::uint16_t> tarjan(G);
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algo::Tarjan<std::uint16_t> tarjan(G);
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||||||
auto tarjanOutput = tarjan.run();
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auto SCCs = tarjan.run();
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std::vector<SCC<std::uint16_t>> SCCs;
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for (const auto& scc : tarjanOutput) {
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SCCs.push_back(scc);
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}
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}
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}
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}
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}
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