使用Java语言实现HopCroft算法,并加上代码注释说明
时间: 2024-11-18 21:27:00 浏览: 14
Hopcroft-Karp算法是一种用于求解有向图最大匹配问题的经典算法,它基于深度优先搜索(DFS)和双层图的概念。在Java中实现这个算法需要一些数据结构的支持,比如邻接表表示图,以及辅助的数据结构来跟踪已访问的节点。
以下是一个简单的Java代码示例,包括了基本的算法步骤和关键部分的注释:
```java
import java.util.*;
class Node {
int id;
List<Node> neighbors; // 存储邻居节点
Node(int id) {
this.id = id;
this.neighbors = new ArrayList<>();
}
}
public class HopcroftKarp {
public static int maxMatch(Node[] nodes) {
// 创建两个图:原图和它的副本
Map<Integer, Node> originalGraph = new HashMap<>(Arrays.asList(nodes));
Map<Integer, Node> auxiliaryGraph = new HashMap<>();
// 将原图复制到辅助图,添加边的方向相反
for (Node node : nodes) {
for (Node neighbor : node.neighbors) {
auxiliaryGraph.putIfAbsent(neighbor.id, neighbor);
auxiliaryGraph.get(node.id).neighbors.add(auxiliaryGraph.get(neighbor.id));
}
}
// 初始化变量
int unmatchedNodes = nodes.length;
int matchingEdges = 0;
Set<Integer> visited = new HashSet<>();
while (unmatchedNodes > 0 && !auxiliaryGraph.isEmpty()) {
// DFS遍历辅助图,尝试找到匹配路径
Deque<Node> stack = new LinkedList<>();
stack.push(findMatchingNode(auxiliaryGraph, visited));
while (!stack.isEmpty()) {
Node current = stack.pop();
visited.add(current.id);
if (current.neighbors.stream()
.filter(n -> n != null && !visited.contains(n.id))
.anyMatch(matchingEdge -> {
unmatchedNodes--;
// 添加匹配边到原始图
originalGraph.get(current.id).neighbors.remove(matchingEdge);
originalGraph.get(matchingEdge.id).neighbors.remove(current);
return true;
})) {
continue;
} else {
// 如果找不到匹配,尝试在原图中回溯
Node auxNode = auxiliaryGraph.get(current.id);
if (auxNode != null) {
Node match = findMatchingNode(originalGraph, visited);
if (match != null) { // 如果找到了匹配,恢复辅助图的状态
auxiliaryGraph.putIfAbsent(current.id, current);
auxiliaryGraph.get(match.id).neighbors.add(auxNode);
} else {
// 没有找到匹配,将当前节点放回堆栈继续查找
stack.push(auxNode);
}
} else {
unmatchedNodes++;
}
}
}
matchingEdges++;
}
return matchingEdges;
}
private static Node findMatchingNode(Map<Integer, Node> graph, Set<Integer> visited) {
// 找到第一个未访问的节点(如果存在)
for (Map.Entry<Integer, Node> entry : graph.entrySet()) {
if (!visited.contains(entry.getKey())) {
return entry.getValue();
}
}
return null;
}
}
```
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