点连通度与边连通度 定义:
•在一个无向连通图中,如果有一个顶点集合V,删除顶点集合V以及与V中顶点相连(至少有一端在V中)的所有边后,原图不连通,就称这个点集V为割点集合。
•一个图的点连通度的定义为:最小割点集合中的顶点数。
•如果有一个边集合,删除这个边集合以后,原图不连通,就称这个点集为割边集合。
•一个图的边连通度的定义为:最小割边集合中的边数。
双连通图、割点与桥:
•如果一个无向连通图的点连通度大于1,则称该图是点双连通的(point biconnected),简称双连通或重连通(即删去任意一点原图仍然连通)。一个图有割点,当且仅当这个图的点连通度为1,则割点集合的唯一元素被称为割点(cut point)(即删去割点原图不连通)。一个图可能有多个割点。
•有割点的图不一定有割边,如:

•(此时只能把顶点3删去,使得原图不连通,所以顶点3为这个图的割点。但是删去图中的任意一条边,原图仍能保持连通,所以原图无割边)
•如果一个无向连通图的边连通度大于1,则称该图是边双连通的(edge biconnected),简称双连通或重连通。(即删去任意一边原图仍然连通)一个图有桥,当且仅当这个图的边连通度为1,则割边集合的唯一元素被称为桥(bridge)(即删去桥原图不连通)。一个图可能有多个桥。
•有割边的图也不一定有割点,如:

•(此时只能把边(1,2)删去,使得原图不连通,所以边(1,2)为这个图的割边。但是删去顶点1或2时,原图只剩下一个顶点,仍然为连通图,所以原图无割点)
•根据定义猜想:两个割点之间的边是否一定是割边?割边的两个端点是否一定是割点?
•两个猜想都是错误的!反例如图:(图中红色为图的割点或桥)

双连通分量:
•可以看出,点双连通与边双连通都可以简称为双连通,它们之间是有着某种联系的,下文中提到的双连通,均既可指点双连通,又可指边双连通。(但这并不意味着它们等价)
•在图G的所有子图G’中,如果G’是双连通的,则称G’为双连通子图。如果一个双连通子图G’,它不是任何一个双连通子图的真子集(如果集合A是集合B的子集,并且集合B中至少有一个元素不属于A,那么集合A叫做集合B的真子集),则G’为极大双连通子图。双连通分量(biconnected component),或重连通分量,就是图的极大双连通子图。特殊的,点双连通分量又叫做块。
二、Tarjan算法
•与有向图求强连通分量的Tarjan算法类似,只需通过求DFN与LOW值来得出割点与桥。
•根据定义,则有:
•如果(u,v)为树枝边,u为v的父结点,则Low(u)=Min(Low(u),Low(v))
•如果(u,v)为后向边,v不为u的父结点,则Low(u)=Min(Low(u),DFN(v))
判断割点:
•一个顶点u是割点,当且仅当满足(1)或(2):
•(1) u为树根,且u有多于一个子树。因为如果只有一颗子树,去掉根节点后肯定不会出现多个子树,因此不可能为割点;而无向图DFS搜索树中不存在横叉边,所以若有多个子树,这些子树间不会有边相连,因此u肯定是割点。
•(2) u不为树根,且满足存在(u,v)为树枝边(即u为v在搜索树中的父亲),并使得DFN(u)<=Low(v).(因为删去u后v以及v的子树不能到达u的祖先)
判断桥:
•一条无向边(u,v)是桥,当且仅当(u,v)为树枝边,且满足DFN(u)<Low(v).(因为v想要到达u的父亲必须经过(u,v)这条边,所以删去这条边,图不连通)
•实现时,因为有重边的问题,所以需要将一条无向边拆为两条编号一样的有向边,用邻接表进行存储。在判断(u,v)是否为后向边时要注意是树枝边的反向边还是新的一条边。
三、求双连通分量
•对于点双连通分量,实际上在求割点的过程中就能顺便求出每个点双连通分量。建立一个栈,存储当前双连通分量,在搜索图时,每找到一条树枝边或后向边(非横叉边),就把这条边加入栈中。如果遇到某时满足DFN(u)<=Low(v),说明u是一个割点,同时把边从栈顶一个个取出,直到遇到了边(u,v)为止。取出的这些边与其相连的点,组成一个点双连通分量。割点可以属于多个点双连通分量,其余点和每条边只属于且属于一个点双连通分量。(对于两个点双连通分量,最多只有一个公共点即割点)
•对于边双连通分量,求法更为简单。只需在求出所有的桥以后,把桥边删除,原图变成了多个连通块,则每个连通块就是一个边双连通分量。桥不属于任何一个边双连通分量,其余的边和每个顶点都属于且只属于一个边双连通分量。可以用并查集实现。