Изменения

Пусть дан [[ориентированный граф|ориентированный граф]] без петель и кратных рёбер. Требуется проверить наличие [[Основные определения теории графов|цикла]] в этом графе.

Решим эту задачу с помощью [[Обход в глубину, цвета вершин|поиска в глубину]] за <tex>O(M)</tex>.

Произведём серию поисков в глубину в графе. Т.е. из каждой вершины, в которую мы ещё ни разу не приходили, запустим поиск в глубину, который при входе в вершину будет красить её в серый цвет, а при выходе - в чёрный. И если поиск в глубину пытается пойти в серую вершину, то это означает, что мы нашли цикл.

[[Файл: Dfs_cycle.png|thumb|200px|right| Момент нахождения цикла: синие ребра - уже пройденные, красное ребро ведет в серую, уже пройденную, вершину.]]

Пусть дан граф <tex>G</tex>. Запустим <tex>dfs(G)</tex>. Рассмотрим выполнение процедуры поиска в глубину от некоторой вершины <tex> v </tex>. Так как все серые вершины лежат в стеке рекурсии, то для них вершина <tex> v </tex> достижима, так как между соседними вершинами в стеке есть ребро. Тогда если из рассматриваемой вершины <tex> v </tex> существует ребро в серую вершину <tex> u </tex>, то это значит, что из вершины <tex> u </tex> существует путь в <tex> v </tex> и из вершины <tex> v </tex> существует путь в <tex> u </tex> состоящий из одного ребра. И так как оба эти пути не пересекаются, то цикл существует.

Докажем, что если в графе <tex>G</tex> существует цикл, то <tex>dfs(G)</tex> его всегда найдет. Пусть <tex> v </tex> - первая вершина принадлежащая циклу, рассмотренная поиском в глубину. Тогда существует вершина <tex> u </tex>, принадлежащая циклу и имеющая ребро в вершину <tex> v </tex>. Так как из вершины <tex> v </tex> в вершину <tex> u </tex> существует белый путь (они лежат на одном цикле), то по [[Лемма о белых путях|лемме о белых путях]] во время выполнения процедуры поиска в глубину от вершины <tex> u </tex>, вершина <tex> v </tex> будет серой. Так как из <tex> u </tex> есть ребро в <tex> v </tex>, то это ребро в серую вершину. Следовательно <tex>dfs(G)</tex> нашел цикл.

Здесь приведена реализация алгоритма.