通过有向图的可达矩阵判断有向图的连通类型

article/2025/9/25 2:24:08

我们根据有向图的连通情况,可以将图分成四种类型

  • 非连通图
  • 弱连通图
  • 单向连通图
  • 强连通图

我们可以通过邻接矩阵A,计算可达矩阵B,然后经过二值化之后得到可达性矩阵P来判断该图属于以上哪一种。

  • 如果P中元素都为1,说明任意两点之间都可达,那么这是一个强连通图;
  • 如果 P ′ = P ∪ P T P' = P \cup P^T P=PPT除对角线之外全为1,说明任意两个点之间存在可达通路,那么这是一个单向连通图;
  • 如果 A ′ = A ∪ A T A' = A \cup A^T A=AAT作为邻接矩阵,然后求得可达矩阵所有元素为1,那么这个图为弱连通图。

我们通过程序来判断一下下面这个图的连通性:
在这里插入图片描述

import numpy as npA = np.matrix([[0,1,0,1],[0,0,1,0],[0,0,0,1],[0,0,0,0]])def get_accessible(A):B = Aitem = Afor i in range(len(A)):item = np.matmul(item,A)B = B + itemreturn BB = get_accessible(A) 
P = np.array(B, dtype= bool)
Pt = P.transpose()
Pp = P + Ptprint("强连通矩阵判据")
print(P)
print("单向连通矩阵判据")
print(Pp)A = A + A.transpose()
B = get_accessible(A)
P = np.array(B, dtype= bool)
print("弱连通矩阵判据")
print(P)

在这里插入图片描述
可见,该图的矩阵表示满足弱联通和单向连通矩阵判据,所以是一个单向连通矩阵。


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