欧拉回路(一笔画)

欧拉回路 是图论中的一个经典概念,指一条经过图中每条边恰好一次并且起点和终点相同的闭合路径。通俗地讲,就是一笔画问题中能够不重复地走完所有边并回到起点的画法。

基本定义

  • 欧拉回路:经过图中每条边恰好一次且闭合的回路。

  • 欧拉通路:经过每条边恰好一次但不闭合的路径(起点和终点不同)。

  • 欧拉图:具有欧拉回路的图称为欧拉图。

判定定理

无向图

一个连通无向图存在欧拉回路 当且仅当 图中所有顶点的度数均为偶数。

一个连通无向图存在欧拉通路(不闭合) 当且仅当 图中恰好有 0 个或 2 个奇度数顶点。若有 2 个,则它们分别为起点和终点。

有向图

一个有向图存在欧拉回路 当且仅当 图是强连通的(或忽略方向后连通,且各顶点在同一个弱连通分量中),并且每个顶点的入度等于出度。

一个有向图存在欧拉通路 当且仅当 最多只有一个顶点的出度 - 入度 = 1(起点),最多一个顶点的入度 - 出度 = 1(终点),其余顶点入度等于出度,且图是弱连通的。

常见算法

Hierholzer 算法(推荐,O(E))

  1. 从起点开始深度优先搜索。

  2. 沿着边走,每走一条边就将其删除(或标记已用)。

  3. 当当前节点没有未使用的边时,将该节点压入栈中,并回溯。

  4. 最后将栈逆序输出,即得到欧拉回路/通路。

核心代码(无向图示例)

cpp

复制代码
vector<int> path;
void dfs(int u) {
    while (!graph[u].empty()) {
        int v = graph[u].top(); // 取一条边
        graph[u].pop();          // 删除该边
        dfs(v);
    }
    path.push_back(u); // 后序记录
}
// 最后 reverse(path.begin(), path.end()) 得到正确顺序

Fleury 算法

每次选择桥边之前需要判断是否破坏图的连通性,效率较低(O(E²)),一般不推荐。

应用场景

  • 邮路问题(中国邮递员问题):在带权图中寻找最短闭合路径覆盖所有边。

  • DNA 片段拼接:将 DNA 片段视为边,重叠部分视为节点,寻找欧拉路径完成拼接。

  • 电路布线言语路径等。

示例验证

无向图:正方形四个顶点(每个顶点度数为 2),存在欧拉回路,如 A→B→C→D→A。

有向图:下图是否存在欧拉回路?

  • A→B, B→C, C→A, A→C

    度数检查:A(出2入1), B(出1入1), C(出1入1) → 入度≠出度 → 无欧拉回路,但存在欧拉通路(从 A 到 C)。

例题

332. 重新安排行程 - 力扣(LeetCode)正是求有向图的欧拉通路(起点固定为 "JFK"),并要求字典序最小。使用 Hierholzer 算法 + 优先队列(或 multiset)即可高效解决。

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