Planet
navi homePPSaboutscreenshotsdownloaddevelopmentforum

source: downloads/boost_1_34_1/boost/graph/isomorphism.hpp @ 35

Last change on this file since 35 was 29, checked in by landauf, 17 years ago

updated boost from 1_33_1 to 1_34_1

File size: 17.4 KB
Line 
1// Copyright (C) 2001 Jeremy Siek, Douglas Gregor, Brian Osman
2//
3// Distributed under the Boost Software License, Version 1.0. (See
4// accompanying file LICENSE_1_0.txt or copy at
5// http://www.boost.org/LICENSE_1_0.txt)
6#ifndef BOOST_GRAPH_ISOMORPHISM_HPP
7#define BOOST_GRAPH_ISOMORPHISM_HPP
8
9#include <utility>
10#include <vector>
11#include <iterator>
12#include <algorithm>
13#include <boost/config.hpp>
14#include <boost/graph/depth_first_search.hpp>
15#include <boost/utility.hpp>
16#include <boost/detail/algorithm.hpp>
17#include <boost/pending/indirect_cmp.hpp> // for make_indirect_pmap
18
19#ifndef BOOST_GRAPH_ITERATION_MACROS_HPP
20#define BOOST_ISO_INCLUDED_ITER_MACROS // local macro, see bottom of file
21#include <boost/graph/iteration_macros.hpp>
22#endif
23
24namespace boost {
25
26  namespace detail {
27
28    template <typename Graph1, typename Graph2, typename IsoMapping,
29      typename Invariant1, typename Invariant2,
30      typename IndexMap1, typename IndexMap2>
31    class isomorphism_algo
32    {
33      typedef typename graph_traits<Graph1>::vertex_descriptor vertex1_t;
34      typedef typename graph_traits<Graph2>::vertex_descriptor vertex2_t;
35      typedef typename graph_traits<Graph1>::edge_descriptor edge1_t;
36      typedef typename graph_traits<Graph1>::vertices_size_type size_type;
37      typedef typename Invariant1::result_type invar1_value;
38      typedef typename Invariant2::result_type invar2_value;
39   
40      const Graph1& G1;
41      const Graph2& G2;
42      IsoMapping f;
43      Invariant1 invariant1;
44      Invariant2 invariant2;
45      std::size_t max_invariant;
46      IndexMap1 index_map1;
47      IndexMap2 index_map2;
48   
49      std::vector<vertex1_t> dfs_vertices;
50      typedef typename std::vector<vertex1_t>::iterator vertex_iter;
51      std::vector<int> dfs_num_vec;
52      typedef safe_iterator_property_map<typename std::vector<int>::iterator,
53                                         IndexMap1
54#ifdef BOOST_NO_STD_ITERATOR_TRAITS
55                                         , int, int&
56#endif /* BOOST_NO_STD_ITERATOR_TRAITS */
57                                         > DFSNumMap;
58      DFSNumMap dfs_num;
59      std::vector<edge1_t> ordered_edges;
60      typedef typename std::vector<edge1_t>::iterator edge_iter;
61   
62      std::vector<char> in_S_vec;
63      typedef safe_iterator_property_map<typename std::vector<char>::iterator,
64                                         IndexMap2
65#ifdef BOOST_NO_STD_ITERATOR_TRAITS
66                                         , char, char&
67#endif /* BOOST_NO_STD_ITERATOR_TRAITS */
68                                         > InSMap;
69      InSMap in_S;
70   
71      int num_edges_on_k;
72   
73      friend struct compare_multiplicity;
74      struct compare_multiplicity
75      {
76        compare_multiplicity(Invariant1 invariant1, size_type* multiplicity)
77          : invariant1(invariant1), multiplicity(multiplicity) { }
78        bool operator()(const vertex1_t& x, const vertex1_t& y) const {
79          return multiplicity[invariant1(x)] < multiplicity[invariant1(y)];
80        }
81        Invariant1 invariant1;
82        size_type* multiplicity;
83      };
84   
85      struct record_dfs_order : default_dfs_visitor
86      {
87        record_dfs_order(std::vector<vertex1_t>& v, std::vector<edge1_t>& e) 
88          : vertices(v), edges(e) { }
89   
90        void discover_vertex(vertex1_t v, const Graph1&) const {
91          vertices.push_back(v);
92        }
93        void examine_edge(edge1_t e, const Graph1& G1) const {
94          edges.push_back(e);
95        }
96        std::vector<vertex1_t>& vertices;
97        std::vector<edge1_t>& edges;
98      };
99   
100      struct edge_cmp {
101        edge_cmp(const Graph1& G1, DFSNumMap dfs_num)
102          : G1(G1), dfs_num(dfs_num) { }
103        bool operator()(const edge1_t& e1, const edge1_t& e2) const {
104          using namespace std;
105          int u1 = dfs_num[source(e1,G1)], v1 = dfs_num[target(e1,G1)];
106          int u2 = dfs_num[source(e2,G1)], v2 = dfs_num[target(e2,G1)];
107          int m1 = (max)(u1, v1);
108          int m2 = (max)(u2, v2);
109          // lexicographical comparison
110          return std::make_pair(m1, std::make_pair(u1, v1))
111            < std::make_pair(m2, std::make_pair(u2, v2));
112        }
113        const Graph1& G1;
114        DFSNumMap dfs_num;
115      };
116   
117    public:
118      isomorphism_algo(const Graph1& G1, const Graph2& G2, IsoMapping f,
119                       Invariant1 invariant1, Invariant2 invariant2, std::size_t max_invariant,
120                       IndexMap1 index_map1, IndexMap2 index_map2)
121        : G1(G1), G2(G2), f(f), invariant1(invariant1), invariant2(invariant2),
122          max_invariant(max_invariant),
123          index_map1(index_map1), index_map2(index_map2)
124      {
125        in_S_vec.resize(num_vertices(G1));
126        in_S = make_safe_iterator_property_map
127          (in_S_vec.begin(), in_S_vec.size(), index_map2
128#ifdef BOOST_NO_STD_ITERATOR_TRAITS
129           , in_S_vec.front()
130#endif /* BOOST_NO_STD_ITERATOR_TRAITS */
131           );
132      }
133   
134      bool test_isomorphism()
135      {
136        {
137          std::vector<invar1_value> invar1_array;
138          BGL_FORALL_VERTICES_T(v, G1, Graph1)
139            invar1_array.push_back(invariant1(v));
140          sort(invar1_array);
141       
142          std::vector<invar2_value> invar2_array;
143          BGL_FORALL_VERTICES_T(v, G2, Graph2)
144            invar2_array.push_back(invariant2(v));
145          sort(invar2_array);
146          if (! equal(invar1_array, invar2_array))
147            return false;
148        }
149       
150        std::vector<vertex1_t> V_mult;
151        BGL_FORALL_VERTICES_T(v, G1, Graph1)
152          V_mult.push_back(v);
153        {
154          std::vector<size_type> multiplicity(max_invariant, 0);
155          BGL_FORALL_VERTICES_T(v, G1, Graph1)
156            ++multiplicity[invariant1(v)];
157          sort(V_mult, compare_multiplicity(invariant1, &multiplicity[0]));
158        }
159       
160        std::vector<default_color_type> color_vec(num_vertices(G1));
161        safe_iterator_property_map<std::vector<default_color_type>::iterator,
162                                   IndexMap1
163#ifdef BOOST_NO_STD_ITERATOR_TRAITS
164                                   , default_color_type, default_color_type&
165#endif /* BOOST_NO_STD_ITERATOR_TRAITS */
166                                   >
167          color_map(color_vec.begin(), color_vec.size(), index_map1);
168        record_dfs_order dfs_visitor(dfs_vertices, ordered_edges);
169        typedef color_traits<default_color_type> Color;
170        for (vertex_iter u = V_mult.begin(); u != V_mult.end(); ++u) {
171          if (color_map[*u] == Color::white()) {
172            dfs_visitor.start_vertex(*u, G1);
173            depth_first_visit(G1, *u, dfs_visitor, color_map);
174          }
175        }
176        // Create the dfs_num array and dfs_num_map
177        dfs_num_vec.resize(num_vertices(G1));
178        dfs_num = make_safe_iterator_property_map(dfs_num_vec.begin(),
179                                                  dfs_num_vec.size(), 
180                                                  index_map1
181#ifdef BOOST_NO_STD_ITERATOR_TRAITS
182                                                  , dfs_num_vec.front()
183#endif /* BOOST_NO_STD_ITERATOR_TRAITS */
184                                                  );
185        size_type n = 0;
186        for (vertex_iter v = dfs_vertices.begin(); v != dfs_vertices.end(); ++v)
187          dfs_num[*v] = n++;
188       
189        sort(ordered_edges, edge_cmp(G1, dfs_num));
190       
191   
192        int dfs_num_k = -1;
193        return this->match(ordered_edges.begin(), dfs_num_k);
194      }
195   
196    private:
197      bool match(edge_iter iter, int dfs_num_k)
198      {
199        if (iter != ordered_edges.end()) {
200          vertex1_t i = source(*iter, G1), j = target(*iter, G2);
201          if (dfs_num[i] > dfs_num_k) {
202            vertex1_t kp1 = dfs_vertices[dfs_num_k + 1];
203            BGL_FORALL_VERTICES_T(u, G2, Graph2) {
204              if (invariant1(kp1) == invariant2(u) && in_S[u] == false) {
205                f[kp1] = u;
206                in_S[u] = true;
207                num_edges_on_k = 0;
208               
209                if (match(iter, dfs_num_k + 1))
210#if 0
211                    // dwa 2003/7/11 -- this *HAS* to be a bug!
212                    ;
213#endif
214                    return true;
215                   
216                in_S[u] = false;
217              }
218            }
219               
220          }
221          else if (dfs_num[j] > dfs_num_k) {
222            vertex1_t k = dfs_vertices[dfs_num_k];
223            num_edges_on_k -= 
224              count_if(adjacent_vertices(f[k], G2), make_indirect_pmap(in_S));
225               
226            for (int jj = 0; jj < dfs_num_k; ++jj) {
227              vertex1_t j = dfs_vertices[jj];
228              num_edges_on_k -= count(adjacent_vertices(f[j], G2), f[k]);
229            }
230               
231            if (num_edges_on_k != 0)
232              return false;
233            BGL_FORALL_ADJ_T(f[i], v, G2, Graph2)
234              if (invariant2(v) == invariant1(j) && in_S[v] == false) {
235                f[j] = v;
236                in_S[v] = true;
237                num_edges_on_k = 1;
238                BOOST_USING_STD_MAX();
239                int next_k = max BOOST_PREVENT_MACRO_SUBSTITUTION(dfs_num_k, max BOOST_PREVENT_MACRO_SUBSTITUTION(dfs_num[i], dfs_num[j]));
240                if (match(next(iter), next_k))
241                  return true;
242                in_S[v] = false;
243              }
244               
245               
246          }
247          else {
248            if (contains(adjacent_vertices(f[i], G2), f[j])) {
249              ++num_edges_on_k;
250              if (match(next(iter), dfs_num_k))
251                return true;
252            }
253               
254          }
255        } else 
256          return true;
257        return false;
258      }
259   
260    };
261
262   
263    template <typename Graph, typename InDegreeMap>
264    void compute_in_degree(const Graph& g, InDegreeMap in_degree_map)
265    {
266      BGL_FORALL_VERTICES_T(v, g, Graph)
267        put(in_degree_map, v, 0);
268
269      BGL_FORALL_VERTICES_T(u, g, Graph)
270        BGL_FORALL_ADJ_T(u, v, g, Graph)
271        put(in_degree_map, v, get(in_degree_map, v) + 1);
272    }
273
274  } // namespace detail
275
276
277  template <typename InDegreeMap, typename Graph>
278  class degree_vertex_invariant
279  {
280    typedef typename graph_traits<Graph>::vertex_descriptor vertex_t;
281    typedef typename graph_traits<Graph>::degree_size_type size_type;
282  public:
283    typedef vertex_t argument_type;
284    typedef size_type result_type;
285
286    degree_vertex_invariant(const InDegreeMap& in_degree_map, const Graph& g)
287      : m_in_degree_map(in_degree_map), m_g(g) { }
288
289    size_type operator()(vertex_t v) const {
290      return (num_vertices(m_g) + 1) * out_degree(v, m_g)
291        + get(m_in_degree_map, v);
292    }
293    // The largest possible vertex invariant number
294    size_type max BOOST_PREVENT_MACRO_SUBSTITUTION () const { 
295      return num_vertices(m_g) * num_vertices(m_g) + num_vertices(m_g);
296    }
297  private:
298    InDegreeMap m_in_degree_map;
299    const Graph& m_g;
300  };
301
302
303  template <typename Graph1, typename Graph2, typename IsoMapping, 
304    typename Invariant1, typename Invariant2,
305    typename IndexMap1, typename IndexMap2>
306  bool isomorphism(const Graph1& G1, const Graph2& G2, IsoMapping f, 
307                   Invariant1 invariant1, Invariant2 invariant2, 
308                   std::size_t max_invariant,
309                   IndexMap1 index_map1, IndexMap2 index_map2)
310
311  {
312    // Graph requirements
313    function_requires< VertexListGraphConcept<Graph1> >();
314    function_requires< EdgeListGraphConcept<Graph1> >();
315    function_requires< VertexListGraphConcept<Graph2> >();
316    function_requires< BidirectionalGraphConcept<Graph2> >();
317   
318    typedef typename graph_traits<Graph1>::vertex_descriptor vertex1_t;
319    typedef typename graph_traits<Graph2>::vertex_descriptor vertex2_t;
320    typedef typename graph_traits<Graph1>::vertices_size_type size_type;
321   
322    // Vertex invariant requirement
323    function_requires< AdaptableUnaryFunctionConcept<Invariant1,
324      size_type, vertex1_t> >();
325    function_requires< AdaptableUnaryFunctionConcept<Invariant2,
326      size_type, vertex2_t> >();
327   
328    // Property map requirements
329    function_requires< ReadWritePropertyMapConcept<IsoMapping, vertex1_t> >();
330    typedef typename property_traits<IsoMapping>::value_type IsoMappingValue;
331    BOOST_STATIC_ASSERT((is_same<IsoMappingValue, vertex2_t>::value));
332   
333    function_requires< ReadablePropertyMapConcept<IndexMap1, vertex1_t> >();
334    typedef typename property_traits<IndexMap1>::value_type IndexMap1Value;
335    BOOST_STATIC_ASSERT((is_convertible<IndexMap1Value, size_type>::value));
336   
337    function_requires< ReadablePropertyMapConcept<IndexMap2, vertex2_t> >();
338    typedef typename property_traits<IndexMap2>::value_type IndexMap2Value;
339    BOOST_STATIC_ASSERT((is_convertible<IndexMap2Value, size_type>::value));
340   
341    if (num_vertices(G1) != num_vertices(G2))
342      return false;
343    if (num_vertices(G1) == 0 && num_vertices(G2) == 0)
344      return true;
345   
346    detail::isomorphism_algo<Graph1, Graph2, IsoMapping, Invariant1,
347      Invariant2, IndexMap1, IndexMap2> 
348      algo(G1, G2, f, invariant1, invariant2, max_invariant, 
349           index_map1, index_map2);
350    return algo.test_isomorphism();
351  }
352
353
354  namespace detail {
355 
356    template <typename Graph1, typename Graph2, 
357      typename IsoMapping, 
358      typename IndexMap1, typename IndexMap2,
359      typename P, typename T, typename R>
360    bool isomorphism_impl(const Graph1& G1, const Graph2& G2, 
361                          IsoMapping f, IndexMap1 index_map1, IndexMap2 index_map2,
362                          const bgl_named_params<P,T,R>& params)
363    {
364      std::vector<std::size_t> in_degree1_vec(num_vertices(G1));
365      typedef safe_iterator_property_map<std::vector<std::size_t>::iterator,
366                                         IndexMap1
367#ifdef BOOST_NO_STD_ITERATOR_TRAITS
368                                         , std::size_t, std::size_t&
369#endif /* BOOST_NO_STD_ITERATOR_TRAITS */
370                                         > InDeg1;
371      InDeg1 in_degree1(in_degree1_vec.begin(), in_degree1_vec.size(), index_map1);
372      compute_in_degree(G1, in_degree1);
373
374      std::vector<std::size_t> in_degree2_vec(num_vertices(G2));
375      typedef safe_iterator_property_map<std::vector<std::size_t>::iterator, 
376                                         IndexMap2
377#ifdef BOOST_NO_STD_ITERATOR_TRAITS
378                                         , std::size_t, std::size_t&
379#endif /* BOOST_NO_STD_ITERATOR_TRAITS */
380                                         > InDeg2;
381      InDeg2 in_degree2(in_degree2_vec.begin(), in_degree2_vec.size(), index_map2);
382      compute_in_degree(G2, in_degree2);
383
384      degree_vertex_invariant<InDeg1, Graph1> invariant1(in_degree1, G1);
385      degree_vertex_invariant<InDeg2, Graph2> invariant2(in_degree2, G2);
386
387      return isomorphism(G1, G2, f,
388                         choose_param(get_param(params, vertex_invariant1_t()), invariant1),
389                         choose_param(get_param(params, vertex_invariant2_t()), invariant2),
390                         choose_param(get_param(params, vertex_max_invariant_t()), (invariant2.max)()),
391                         index_map1, index_map2
392                         ); 
393    } 
394   
395  } // namespace detail
396
397
398  // Named parameter interface
399  template <typename Graph1, typename Graph2, class P, class T, class R>
400  bool isomorphism(const Graph1& g1,
401                   const Graph2& g2,
402                   const bgl_named_params<P,T,R>& params)
403  {
404    typedef typename graph_traits<Graph2>::vertex_descriptor vertex2_t;
405    typename std::vector<vertex2_t>::size_type n = num_vertices(g1);
406    std::vector<vertex2_t> f(n);
407    return detail::isomorphism_impl
408      (g1, g2, 
409       choose_param(get_param(params, vertex_isomorphism_t()),
410                    make_safe_iterator_property_map(f.begin(), f.size(),
411                                                    choose_const_pmap(get_param(params, vertex_index1),
412                                                                      g1, vertex_index), vertex2_t())),
413       choose_const_pmap(get_param(params, vertex_index1), g1, vertex_index),
414       choose_const_pmap(get_param(params, vertex_index2), g2, vertex_index),
415       params
416       );
417  }
418
419  // All defaults interface
420  template <typename Graph1, typename Graph2>
421  bool isomorphism(const Graph1& g1, const Graph2& g2)
422  {
423    return isomorphism(g1, g2,
424                       bgl_named_params<int, buffer_param_t>(0));// bogus named param
425  }
426
427
428  // Verify that the given mapping iso_map from the vertices of g1 to the
429  // vertices of g2 describes an isomorphism.
430  // Note: this could be made much faster by specializing based on the graph
431  // concepts modeled, but since we're verifying an O(n^(lg n)) algorithm,
432  // O(n^4) won't hurt us.
433  template<typename Graph1, typename Graph2, typename IsoMap>
434  inline bool verify_isomorphism(const Graph1& g1, const Graph2& g2, IsoMap iso_map)
435  {
436#if 0
437    // problematic for filtered_graph!
438    if (num_vertices(g1) != num_vertices(g2) || num_edges(g1) != num_edges(g2))
439      return false;
440#endif
441 
442    for (typename graph_traits<Graph1>::edge_iterator e1 = edges(g1).first;
443         e1 != edges(g1).second; ++e1) {
444      bool found_edge = false;
445      for (typename graph_traits<Graph2>::edge_iterator e2 = edges(g2).first;
446           e2 != edges(g2).second && !found_edge; ++e2) {
447        if (source(*e2, g2) == get(iso_map, source(*e1, g1)) &&
448            target(*e2, g2) == get(iso_map, target(*e1, g1))) {
449          found_edge = true;
450        }
451      }
452   
453      if (!found_edge)
454        return false;
455    }
456 
457    return true;
458  }
459
460} // namespace boost
461
462#ifdef BOOST_ISO_INCLUDED_ITER_MACROS
463#undef BOOST_ISO_INCLUDED_ITER_MACROS
464#include <boost/graph/iteration_macros_undef.hpp>
465#endif
466
467#endif // BOOST_GRAPH_ISOMORPHISM_HPP
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.