Site Search:

Digraph.java with bfs connected components


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 Map<Integer, Integer> unionFind = new HashMap<>();
    private Map<Integer, Integer> uFSize = new HashMap<>();
    private Set<Integer> marked = new HashSet<>();
    private int count;
    private static String[] colors = {"red", "blue", "green", "purple", "yellow", "brown", "azure",
        "gray", "ivory", "lime", "navy", "oliver", "coral"};
    
    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 cc() {
        neighbors.keySet().stream().forEach(i -> unionFind.put(i, i));
        neighbors.keySet().stream().forEach(i -> uFSize.put(i, 1));
        for(Integer s : neighbors.keySet()) {
            if(!marked.contains(s)) {
                bfs(s);
                count++;
            }
        }
    }
    
    private void bfs(Integer s) {
        Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
        marked.add(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)) {
                    marked.add(w);
                    queue.add(w);
                    unionFind.put(w, v); //add w to the union v belongs to
                } else {
                    union(unionFind.get(w), unionFind.get(v));  //combine the union w and v belong to
                }
            }
        }
    }
    
    private void union(Integer w, Integer v) {
        Integer rootp = w;
        Integer rootq = v;
        for(rootp = w; !unionFind.get(rootp).equals(rootp); rootp = unionFind.get(rootp));
        for(rootq = v; !unionFind.get(rootq).equals(rootq); rootq = unionFind.get(rootq));
        if(rootp.equals(rootq)) return;
        if(uFSize.get(rootp) > uFSize.get(rootq)) {
            unionFind.put(rootq, rootp);
            uFSize.put(rootp, uFSize.get(rootp) + uFSize.get(rootq));
        } else {
            unionFind.put(rootp, rootq);
            uFSize.put(rootq, uFSize.get(rootp) + uFSize.get(rootq));
        }
        count--;
    }
    
    private Integer find(Integer w) {
        Integer p = w;
        for(p = w; !p.equals(unionFind.get(p)); p = unionFind.get(p));
        return p;
    }
    
    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);
        }
        for(int i = 15; i < 17; i++) {
            g.addEdge(i, i+1);
        }
        g.addEdge(19, 19);
        //form circles
        g.addEdge(7, 5);
        g.addEdge(7, 1);
        g.cc();
        System.out.println("strict digraph {");
        g.neighbors.keySet().stream().forEach(i -> 
                                             {
                                             Stream.of(g.neighbors.get(i)).flatMap(j -> j.stream())
                                                 .forEach(k -> {
                                                     Integer root = g.find(k);
                                                     String color = colors[root%colors.length];
                                                     System.out.println(i + "->" + k + "[label=" + root 
                                                             + ", color=" + color + "];");
                                                     });
                                            });
        System.out.println("}");
        System.out.println("number of points: " + g.size());
        System.out.println("number of edges: " + g.edgeSize());
        System.out.println("connected components:" + g.count);
    }
}