前置知识
有向无环图
在图论中,如果一个有向图无法从某个顶点出发经过若干条边回到该点,则这个图是一个有向无环图(DAG图)。
如图所示。
入度
对于一个有向图,若x点指向y点,则称x点为y点的入度。
出度
对于一个有向图,若x点指向y点,则称y点为x点的出度。
队列
队列是一种特殊的线性表,特殊之处在于它只允许在表的前端(front)进行删除操作,而在表的后端(rear)进行插入操作,和栈一样,队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾,进行删除操作的端称为队头。
我们可以用双指针标记一下,通过front指针与rear指针,对队头和队尾进行标记,然后只允许在front、rear指针的位置进行增删改查,那么这样便实现了对数组的受限。这是一种运用数组的数据结构对队列的模拟。初学者建议先用这种方式熟悉队列。
具体操作:
/*通常将front赋值为0,rear赋值为-1方便后续进队、出队以及取队首元素*/int a[100], front=0, rear=-1;// 进队a[++rear] = 10;// 出队front++// 取队首元素a[front]// 取队尾元素a[rear]// 判断是否为空队if(front > rear)cout << "该队列为空队";
不过,到了后期,为了节省时间,我们可以直接用c++自带的STL容器来完成操作。
具体操作如下:
// 导入queue包#include<queue>// 申明一个queue对象// 填入你想装填的数据类型queue<int> qu;// 进队int a = 10;qu.push(a);// 出队,无返回值qu.pop();// 取队首元素int front = qu.front();
概述
今天我们来学拓扑排序
什么是拓扑排序呢?
百度百科这样说:
对一个有向无环图(Directed Acyclic Graph简称DAG)G进行拓扑排序,是将G中所有顶点排成一个线性序列,使得图中任意一对顶点u和v,若边<u,v>∈E(G),则u在线性序列中出现在v之前。通常,这样的线性序列称为满足拓扑次序(Topological Order)的序列,简称拓扑序列。简单的说,由某个集合上的一个偏序得到该集合上的一个全序,这个操作称之为拓扑排序。
什么意思呢?
俗话说的好:
实践是真理的试金石
那么,就让我们举一个例子吧!
如图,1、2、3、4、5几个点组成了一个图。
那么,1,2,4,3,6,5或1,2,4,3,5,6就是它的拓扑序
但是,这是如何实现的呢?请看下面的算法原理。
算法原理
下面我将使用图文结合的方式演示拓扑排序的算法原理。
还是上面那张图。
首先,将入度为0的点入队。上图中是点1。
然后,用宽搜遍历队列。
对每个点的每轮遍历步骤如下:
将这个点出队,并加入拓扑数组中遍历这个点的所有出度将其出度点的入度数量减少一如果其出度点入度为0,入队
那么,一轮下来,就变成这样子了:
以此类推。
遍历到点3时,是这样的:
……
然后,就没有然后了,一切结束。
如图所示,其拓扑序为1,2,4,3,5,6。当然,也可以是1,2,4,3,6,5。
算法实现
这可以变为以下的问题。我称为拓扑排序元问题。
给你一个有向无环图,请输出它的拓扑序(m条有向边,n个结点)
建图(邻接表存图)
首先,我们要建图
这里采用邻接表建图。
邻接表是什么?
以点为一个结点,用其邻接点建表
怎么这么朦胧?好吧,偷懒了,自己查百度……
看到这里,就默认你会了建图操作。那么,放一下代码。
(此处设定为m条有向边)
for(int i=1;i<=m;i++){int x,y;scanf("%d%d",&x,&y);rd[y]++;e[x].push_back(y);}
rd[y]++是什么意思?请往后看。
入队
上面提到,首先,将入度为0的点入队。
那么,我们就遍历一遍n个点,当遇到入度为0的点时,入队。
如何判断入度为0?
这时前面的rd数组就有用了。它是用于统计入度数的。
而前面为何是rd[y]++?
因为是x指向y,因此y入度数加1
入队操作
非常简单!这里为了省力,用了STL容器
只需要**q.push(i)**一下就可以了
代码
queue<int>q;for(int i=1;i<=n;i++){if(rd[i]==0) q.push(i);//入度为0,入队 }
核心部分
这部分的过程,我在前面是这样说的:
用宽搜遍历队列。
那就宽搜。
宽搜
没遍历到一个点,就将其弹出,并压入拓扑数组。
对每个点的操作
我在前面这样说:
对每个点的每轮遍历步骤如下: 1.将这个点出队,并加入拓扑数组中 2.遍历这个点的所有出度 3.将其出度点的入度数量减少一 4.如果其出度点入度为0,入队
那就照着做嘛。
很简单,实在看不懂代码中有注释。
代码
while(!q.empty()){int x=q.front();q.pop();topu.push_back(x);//推入拓扑数组 for(auto y:e[x]){rd[y]--;//删掉一条边 if(rd[y]==0)//入度为0 {q.push(y);//入队 }}}
好,大功告成!
算法元代码
上面没看懂的话,看下面的代码,含有注释。
#include<bits/stdc++.h>using namespace std;const int NN=5005;int n,m,rd[NN];//rd[i]表示i点的入度数 vector<int>e[NN],topu;//e作为邻接表存储用,topu储存拓扑序 void tuopu(){queue<int>q;for(int i=1;i<=n;i++){if(rd[i]==0) q.push(i);//入度为0,入队 }while(!q.empty()){int x=q.front();q.pop();topu.push_back(x);//推入拓扑数组 for(auto y:e[x]){rd[y]--;//删掉一条边 if(rd[y]==0)//入度为0 {q.push(y);//入队 }}}}int main(){scanf("%d%d",&n,&m);for(int i=1;i<=m;i++){int x,y;scanf("%d%d",&x,&y);rd[y]++;//x指向y,因此y入度数加1 e[x].push_back(y);//加边 }tuopu();for(auto x:topu){printf("%d ",x);//输出拓扑序 }}
总结
拓扑排序就是这回事:
首先,将入度为0的点入队。 然后,用宽搜遍历队列。 在此之后,对每个点进行如下操作: 1.将这个点出队,并加入拓扑数组中 2.遍历这个点的所有出度 3.将其出度点的入度数量减少一 4.如果其出度点入度为0,入队
下一篇文章,我将会详细讲解拓扑排序相关例题。
好,期待三连~~