Site Search:

Digraph.java with bfs bipartite detection


import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.LinkedList;
import java.util.Map;
import java.util.Queue;
import java.util.Set;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.stream.Stream;

public class Digraph {
    private Map<Integer, Set<Integer>> neighbors = new HashMap<>();
    private Set<Integer> marked = new HashSet<>();
    private Map<Integer, Boolean> isRed = new HashMap<>();
    private Map<Integer, Integer> path = new HashMap<>();
    private boolean isBipartite = true;
    private Map<Integer, Integer> fromSource = new HashMap<>();
    private Set<Integer> changedColor = new HashSet<>();
    private Integer currentSource = 0;
    
    public Set<Integer> getPoints() {
        Set<Integer> points = neighbors.keySet().stream().collect(Collectors.toCollection(HashSet::new));
        this.neighbors.values().forEach(i -> points.addAll(i));
        return points;
    }
    public int size() {
        return getPoints().size();
    }
    public long edgeSize() {
        return neighbors.values().stream().collect(Collectors.summingLong(Set::size));
    }
    public void addEdge(int a, int b) {
        neighbors.computeIfAbsent(a, k -> new HashSet<Integer>()).add(b);
        //neighbors.computeIfAbsent(b, k -> new HashSet<Integer>()).add(a);
    }
    public void colorGraph() {
        for(Integer s : neighbors.keySet()) {
            currentSource = s;
            if(!marked.contains(s)) {
                isRed.put(s, true);
                bfs(s);
            }
        }
    }
    
    private void bfs(Integer s) {
        Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
        marked.add(s);
        isRed.put(s, true);
        fromSource.put(s, s);
        queue.add(s);
        while(!queue.isEmpty()) {
            Integer v = queue.poll();
            if(neighbors.get(v) == null) {
                continue;
            }
            for(Integer w : neighbors.get(v)) {
                if(!marked.contains(w)) {
                    fromSource.put(w, currentSource);
                    path.put(w, v);
                    marked.add(w);
                    isRed.put(w, !isRed.get(v));
                    queue.add(w);
                } else {
                    if(isRed.get(w) == isRed.get(v)) {
                        if(fromSource.get(w).equals(fromSource.get(v))) {
                            if(!w.equals(v)) {
                                this.isBipartite = false;
                            }
                        } else {
                            path.put(w, v);
                            Integer u = v;
                            for(u = v; path.get(u) != null; u=path.get(u)) {
                                if(changedColor.contains(u)) {
                                    this.isBipartite = false;
                                } else {
                                    changedColor.add(u);
                                    isRed.put(u, !isRed.get(u));
                                }
                            }
                            isRed.put(u, !isRed.get(u));
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
    
    private void dfs(Integer v) {
        fromSource.put(v, currentSource);
        marked.add(v);
        if(neighbors.get(v)==null) {
            System.out.println(v + " has no neighbor points");
            return;
        }
        for(Integer w : neighbors.get(v)) {
            if(!marked.contains(w)) {
                path.put(w, v);
                isRed.put(w, !isRed.get(v));
                dfs(w);
            } else if(isRed.get(v)==isRed.get(w)) {
                if(fromSource.get(w).equals(fromSource.get(v))) {
                    if(!w.equals(v)) {
                        isBipartite = false;
                    }
                } else {
                    path.put(w, v);
                    Integer u = v;
                    for(u = v; path.get(u) != null; u = path.get(u)) {
                        if(changedColor.contains(u)) {   //can not satisfy 2 different colored neighbor points
                            isBipartite = false;
                        } else {
                            isRed.put(u, !isRed.get(u));
                            changedColor.add(u);
                        }
                    }
                    isRed.put(u, !isRed.get(u));
                }
                
            }
        }
    }
    public static void main(String...args) {
        Digraph g = new Digraph();
        //change the number of points and edges here.
        for(int i = 0; i < 7; i++) {
            g.addEdge(i, i + 1);
            //g.addEdge(i, i + 2);
            g.addEdge(i, i + 3);  //replace above line
        }
        for(int i = 15; i < 17; i++) {
            g.addEdge(i, i+1);
        }
        g.addEdge(19, 19);
        g.colorGraph();
        System.out.println("strict digraph {");
        g.isRed.entrySet().forEach(i -> {
            System.out.println(i.getKey() + "[color=" + (i.getValue() ? "red" : "blue") + "];");
        });
        g.neighbors.keySet().stream().forEach(i -> 
                                             {
                                             Stream.of(g.neighbors.get(i)).flatMap(j -> j.stream())
                                                 .forEach(k -> {
                                                     System.out.println(i + "->" + k + ";");
                                                     });
                                            });
        System.out.println("}");
        System.out.println("number of points: " + g.size());
        System.out.println("number of edges: " + g.edgeSize());
        System.out.println("is bipartite:" + g.isBipartite);
    }
}