只针对有向无环图(DAG, Directed Acylic Graph),用于将图从“根”到“叶子”提溜出来。

拓扑排序解决的是节点之间的前后排序问题,对于拓扑排序的结果,如果i位于j前面,则只要ij之间存在有向路径,那么i就一定是这条路径的起点。

经典的拓扑排序应用就是解决活动的前置依赖问题,用顶点表示活动,用弧表示活动之间的优先关系,求每个活动的前置依赖,或者给出每个活动的前置依赖,求能否完成所有的活动。

以选修课程为例,每个课程都可能有前置课程,只有学完前置的课程才能学习当前课程,给出所有的课程以及它们的前置课程,问能不能顺利学完这些课程,以及学习的顺序应该是怎么样的:

注意:拓扑排序的结果并不是唯一的。

拓扑排序还可以用于判断环,当图中存在环,说明存在互相依赖的前置关系,一定是无法对全部结点进行拓扑排序的。

算法设计:

  1. 求出各顶点的入度,并将所有入度为0的顶点入栈。
  2. 在栈不为空的情况下,重复执行以下操作:
    1. 栈顶元素出栈,并保存到拓扑排序结果数组topo[]中;
    2. 顶点元素的所有邻接点入度减1,如果减1后入度为0,则入栈。
  3. 栈为空之后,如果拓扑排序输出的顶点数小于顶点总数,则说明有环,否则拓扑排序完成。

除了可以用栈来实现拓扑排序,还可以使用队列,或者直接借助递归来实现,以下是拓扑排序的代码示例:

#define MAXN 1005

vector<int> G[MAXN]; // 邻接表,G[i]表示i指向的结点
int n;               // 结点数

int topsort() {
    // 计算各个顶点的入度
    vector<int> indegree(n);
    for(int i = 0; i < n; i++) {
        for(auto &t : G[i]) {
            indegree[t]++;
        }
    }

    // 入度为0的先入队
    queue<int> Q;
    for(int i = 0; i < n; i++) {
        if(indegree[i] == 0) {
            Q.push(i);
        }
    }

    // 拓扑排序
    int count = 0;
    while(!Q.empty()) {
        int cur = Q.front();
        Q.pop();
        count++;
        for(auto &t : G[cur]) { // 邻接点入度减1,如果为0,则入队
            indegree[t]--;
            if(indegree[t] == 0) {
                Q.push(t);
            }
        }
    }
    
    return count;
}

DFS+三色标记法形式:

#define MAXN 1005

vector<int> G[MAXN]; // 邻接表,G[i]表示i指向的结点
int n;               // 结点数

int visited[MAXN];   // 访问状态,0:未访问,1:访问中,2:已访问
int count;           // 结点计数
bool valid;          // 记录是否是合法的DAG,也就是是否存在环

void dfs(int u) {
    visited[u] = 1;
    for(auto &v : G[u]) {
        if(visited[v] == 0) {
            dfs(v);
        } else if(visited[v] == 1) {
            valid = false;
        }
    }
    visited[u] = 2;
    count++;
}

int topsort_DFS() {
    count = 0;
    valid = true;
    for(int i = 0; i < n; i++) {
        dfs(i);
    }
    return count;
}













  • 无标签