2127. 参加会议的最多员工数

题目描述

一个公司准备组织一场会议，邀请名单上有 n 位员工。公司准备了一张圆形的桌子，可以坐下 任意数目 的员工。

员工编号为 0 到 n - 1 。每位员工都有一位喜欢的员工，每位员工 当且仅当 他被安排在喜欢员工的旁边，他才会参加会议。每位员工喜欢的员工不会是他自己。

给你一个下标从 0 开始的整数数组 favorite ，其中 favorite[i] 表示第 i 位员工喜欢的员工。请你返回参加会议的 最多员工数目 。

示例 1：

输入：favorite = [2,2,1,2]
输出：3
解释：
上图展示了公司邀请员工 0，1 和 2 参加会议以及他们在圆桌上的座位。
没办法邀请所有员工参与会议，因为员工 2 没办法同时坐在 0，1 和 3 员工的旁边。
注意，公司也可以邀请员工 1，2 和 3 参加会议。
所以最多参加会议的员工数目为 3 。

示例 2：

输入：favorite = [1,2,0]
输出：3
解释：
每个员工都至少是另一个员工喜欢的员工。所以公司邀请他们所有人参加会议的前提是所有人都参加了会议。
座位安排同图 1 所示：
- 员工 0 坐在员工 2 和 1 之间。
- 员工 1 坐在员工 0 和 2 之间。
- 员工 2 坐在员工 1 和 0 之间。
参与会议的最多员工数目为 3 。

示例 3：

输入：favorite = [3,0,1,4,1]
输出：4
解释：
上图展示了公司可以邀请员工 0，1，3 和 4 参加会议以及他们在圆桌上的座位。
员工 2 无法参加，因为他喜欢的员工 1 旁边的座位已经被占领了。
所以公司只能不邀请员工 2 。
参加会议的最多员工数目为 4 。

提示：

n == favorite.length
2 <= n <= 10⁵
0 <= favorite[i] <= n - 1
favorite[i] != i

解法

方法一：图的最大环 + 最长链

我们观察发现，题目中员工的喜好关系可以看作一个有向图，这个有向图可以分成多个“基环内向树”的结构。在每个结构中，包含一个环，而环上的每个节点都连接着一棵树。

什么是“基环内向树”？首先，基环树是一个具有 $n$ 个节点 $n$ 条边的有向图，而内向树是指这个有向图中，每个节点都有且仅有一条出边。本题中，每个员工都有且仅有一个喜欢的员工，因此，构成的有向图可以由多个“基环内向树”构成。

对于本题，我们可以求出图的最大环的长度，这里我们只需要求出最大的一个环的长度，这是因为，如果有多个环，那么不同环之间是不连通的，不符合题意。

另外，对于环的大小等于 $2$ 的长度，即存在两个员工互相喜欢，那么我们可以把这两个员工安排在一起，如果这两个员工各自被别的员工喜欢，那么我们只需要把喜欢他们的员工安排在他们的旁边即可。如果有多个这样的情况，我们可以把他们都安排上。

因此，问题实际上等价于求出图的最大环的长度，以及所有长度为 $2$ 的环加上其最长链。求这两者的最大值即可。求最长链到长度为 $2$ 的环，我们可以使用拓扑排序。

时间复杂度 $O(n)$，空间复杂度 $O(n)$。其中 $n$ 为数组 favorite 的长度。

相似题目：

2360. 图中的最长环

class Solution:
    def maximumInvitations(self, favorite: List[int]) -> int:
        def max_cycle(fa: List[int]) -> int:
            n = len(fa)
            vis = [False] * n
            ans = 0
            for i in range(n):
                if vis[i]:
                    continue
                cycle = []
                j = i
                while not vis[j]:
                    cycle.append(j)
                    vis[j] = True
                    j = fa[j]
                for k, v in enumerate(cycle):
                    if v == j:
                        ans = max(ans, len(cycle) - k)
                        break
            return ans

        def topological_sort(fa: List[int]) -> int:
            n = len(fa)
            indeg = [0] * n
            dist = [1] * n
            for v in fa:
                indeg[v] += 1
            q = deque(i for i, v in enumerate(indeg) if v == 0)
            while q:
                i = q.popleft()
                dist[fa[i]] = max(dist[fa[i]], dist[i] + 1)
                indeg[fa[i]] -= 1
                if indeg[fa[i]] == 0:
                    q.append(fa[i])
            return sum(dist[i] for i, v in enumerate(fa) if i == fa[fa[i]])

        return max(max_cycle(favorite), topological_sort(favorite))

class Solution {
    public int maximumInvitations(int[] favorite) {
        return Math.max(maxCycle(favorite), topologicalSort(favorite));
    }

    private int maxCycle(int[] fa) {
        int n = fa.length;
        boolean[] vis = new boolean[n];
        int ans = 0;
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            if (vis[i]) {
                continue;
            }
            List<Integer> cycle = new ArrayList<>();
            int j = i;
            while (!vis[j]) {
                cycle.add(j);
                vis[j] = true;
                j = fa[j];
            }
            for (int k = 0; k < cycle.size(); ++k) {
                if (cycle.get(k) == j) {
                    ans = Math.max(ans, cycle.size() - k);
                }
            }
        }
        return ans;
    }

    private int topologicalSort(int[] fa) {
        int n = fa.length;
        int[] indeg = new int[n];
        int[] dist = new int[n];
        Arrays.fill(dist, 1);
        for (int v : fa) {
            indeg[v]++;
        }
        Deque<Integer> q = new ArrayDeque<>();
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            if (indeg[i] == 0) {
                q.offer(i);
            }
        }
        int ans = 0;
        while (!q.isEmpty()) {
            int i = q.pollFirst();
            dist[fa[i]] = Math.max(dist[fa[i]], dist[i] + 1);
            if (--indeg[fa[i]] == 0) {
                q.offer(fa[i]);
            }
        }
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            if (i == fa[fa[i]]) {
                ans += dist[i];
            }
        }
        return ans;
    }
}

class Solution {
public:
    int maximumInvitations(vector<int>& favorite) {
        return max(maxCycle(favorite), topologicalSort(favorite));
    }

    int maxCycle(vector<int>& fa) {
        int n = fa.size();
        vector<bool> vis(n);
        int ans = 0;
        for (int i = 0; i < n; ++i) {
            if (vis[i]) continue;
            vector<int> cycle;
            int j = i;
            while (!vis[j]) {
                cycle.push_back(j);
                vis[j] = true;
                j = fa[j];
            }
            for (int k = 0; k < cycle.size(); ++k) {
                if (cycle[k] == j) {
                    ans = max(ans, (int) cycle.size() - k);
                    break;
                }
            }
        }
        return ans;
    }

    int topologicalSort(vector<int>& fa) {
        int n = fa.size();
        vector<int> indeg(n);
        vector<int> dist(n, 1);
        for (int v : fa) ++indeg[v];
        queue<int> q;
        for (int i = 0; i < n; ++i)
            if (indeg[i] == 0) q.push(i);
        while (!q.empty()) {
            int i = q.front();
            q.pop();
            dist[fa[i]] = max(dist[fa[i]], dist[i] + 1);
            if (--indeg[fa[i]] == 0) q.push(fa[i]);
        }
        int ans = 0;
        for (int i = 0; i < n; ++i)
            if (i == fa[fa[i]]) ans += dist[i];
        return ans;
    }
};

func maximumInvitations(favorite []int) int {
	a, b := maxCycle(favorite), topologicalSort(favorite)
	return max(a, b)
}

func maxCycle(fa []int) int {
	n := len(fa)
	vis := make([]bool, n)
	ans := 0
	for i := range fa {
		if vis[i] {
			continue
		}
		j := i
		cycle := []int{}
		for !vis[j] {
			cycle = append(cycle, j)
			vis[j] = true
			j = fa[j]
		}
		for k, v := range cycle {
			if v == j {
				ans = max(ans, len(cycle)-k)
				break
			}
		}
	}
	return ans
}

func topologicalSort(fa []int) int {
	n := len(fa)
	indeg := make([]int, n)
	dist := make([]int, n)
	for i := range fa {
		dist[i] = 1
	}
	for _, v := range fa {
		indeg[v]++
	}
	q := []int{}
	for i, v := range indeg {
		if v == 0 {
			q = append(q, i)
		}
	}
	for len(q) > 0 {
		i := q[0]
		q = q[1:]
		dist[fa[i]] = max(dist[fa[i]], dist[i]+1)
		indeg[fa[i]]--
		if indeg[fa[i]] == 0 {
			q = append(q, fa[i])
		}
	}
	ans := 0
	for i := range fa {
		if i == fa[fa[i]] {
			ans += dist[i]
		}
	}
	return ans
}

function maximumInvitations(favorite: number[]): number {
    return Math.max(maxCycle(favorite), topologicalSort(favorite));
}

function maxCycle(fa: number[]): number {
    const n = fa.length;
    const vis: boolean[] = Array(n).fill(false);
    let ans = 0;
    for (let i = 0; i < n; ++i) {
        if (vis[i]) {
            continue;
        }
        const cycle: number[] = [];
        let j = i;
        for (; !vis[j]; j = fa[j]) {
            cycle.push(j);
            vis[j] = true;
        }
        for (let k = 0; k < cycle.length; ++k) {
            if (cycle[k] === j) {
                ans = Math.max(ans, cycle.length - k);
            }
        }
    }
    return ans;
}

function topologicalSort(fa: number[]): number {
    const n = fa.length;
    const indeg: number[] = Array(n).fill(0);
    const dist: number[] = Array(n).fill(1);
    for (const v of fa) {
        ++indeg[v];
    }
    const q: number[] = [];
    for (let i = 0; i < n; ++i) {
        if (indeg[i] === 0) {
            q.push(i);
        }
    }
    let ans = 0;
    while (q.length) {
        const i = q.pop()!;
        dist[fa[i]] = Math.max(dist[fa[i]], dist[i] + 1);
        if (--indeg[fa[i]] === 0) {
            q.push(fa[i]);
        }
    }
    for (let i = 0; i < n; ++i) {
        if (i === fa[fa[i]]) {
            ans += dist[i];
        }
    }
    return ans;
}

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