拓扑序列

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拓扑排序

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。

拓扑排序对应施工的流程图具有特别重要的作用,它可以决定哪些子工程必须要先执行,哪些子工程要在某些工程执行后才可以执行。为了形象地反映出整个工程中各个子工程(活动)之间的先后关系,可用一个有向图来表示,图中的顶点代表活动(子工程),图中的有向边代表活动的先后关系,即有向边的起点的活动是终点活动的前序活动,只有当起点活动完成之后,其终点活动才能进行。

通常,我们把这种顶点表示活动、边表示活动间先后关系的有向图称做顶点活动网(Activity On Vertex network),简称AOV网。

一个AOV网应该是一个有向无环图,即不应该带有回路,因为若带有回路,则回路上的所有活动都无法进行(对于数据流来说就是死循环)。在AOV网中,若不存在回路,则所有活动可排列成一个线性序列,使得每个活动的所有前驱活动都排在该活动的前面,我们把此序列叫做拓扑序列(Topological order),由AOV网构造拓扑序列的过程叫做拓扑排序(Topological sort)。

AOV网的拓扑序列不是唯一的,满足上述定义的任一线性序列都称作它的拓扑序列。

拓扑排序的实现步骤

  1. 在有向图中选一个没有前驱的顶点并且输出
  2. 从图中删除该顶点和所有以它为尾的弧(白话就是:删除所有和它有关的边)
  3. 重复上述两步,直至所有顶点输出,循环结束后,若输出的顶点数小于网中的顶点数,则输出“有回路”信息,否则输出的顶点序列就是一种拓扑序列。

因此,也可以通过拓扑排序来判断一个图是否有环。

拓扑排序及应用。

拓扑排序常用来确定一个依赖关系集中,事物发生的顺序。

例如,在日常工作中,可能会将项目拆分成A、B、C、D四个子部分来完成,但A依赖于B和D,C依赖于D。为了计算这个项目进行的顺序,可对这个关系集进行拓扑排序,得出一个线性的序列,则排在前面的任务就是需要先完成的任务。

举例

刷题时碰到的问题,举例:

已知有向图G=(V,E)其中V={V1,V2,V3,V4,V5,V6,V7} 
E={<V1,V2>,<V1,V3>,<V1,V4>,<V2,V5>,<V2,V6>,<V3,V5>,<V3,V6>,<V4,V6>,<V5,V7>,<V6,V7>}, 
则G的拓扑序列是:()

按以上思路,答案为:
V1,V2,V3,V4, V5,V6,V7 或
V1,V3, V4,V2,V6,V5,V7

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