拓扑排序POJ2367

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拓扑排序,顾名思义,就是一种排序方法。这是一种什么排序?这种排序的作用?然后怎么去实现这种排序算法?现在就让我们仔细研究下。

1、什么是拓扑排序,也就是拓扑排序的概念

实际上,拓扑排序是一种图论算法,该算法在《数据结构与算法》一书中有涉猎。引用维基百科的定义:

在图论中,由一个有向无环图的顶点组成的序列,当且仅当满足下列条件时,称为该图的一个拓扑排序(英语:Topological sorting)。
(1)每个顶点出现且只出现一次;
(2)若A在序列中排在B的前面,则在图中不存在从B到A的路径。
也可以定义为:拓扑排序是对有向无环图的顶点的一种排序,它使得如果存在一条从顶点A到顶点B的路径,那么在排序中B出现在A的后面。

是不是觉得看完概念还是很晕的感觉,下面就用一个实例来讲具体的拓扑排序样例。

(a)有向图网(AOV)  (b)输出v6后       (c)输出v1后    (d)输出v4后 (e)输出v3后 (f)输出v2后

                                                           输出排序结果:v6-v1-v4-v3-v2-v5

此拓扑排序的思想是:

(1)从有向图中选取一个没有前驱的顶点,并输出之;

(2)从有向图中删去此顶点以及所有以它为尾的弧;

重复上述两步,直至图空,或者图不空但找不到无前驱的顶点为止。没有前驱 -- 入度为零,删除顶点及以它为尾的弧-- 弧头顶点的入度减1。

何谓入度?

我觉得得先明白什么是度?度(Degree):一个顶点的度是指与该顶点相关联的边的条数,顶点v的度记作d(v)。

入度:对于有向图来说,一个顶点的度可细分为入度和出度。一个顶点的入度是指与其关联的各边之中,以其为终点的边数。

出度:出度则是相对的概念,指以该顶点为起点的边数。

以v6这个顶点为例,它的入度为0,出度为2。

以v5这个顶点为例,它的入度为3,出度为0。

以v4这个顶点为例,它的入度为2,出度为1。

以v3这个顶点为例,它的入度为1,出度为2。

以v2这个顶点为例,它的入度为2,出度为0。

以v1这个顶点为例,它的入度为0,出度为3。

经验证,一个有向五环图中所有顶点的入度之和(0+3+2+1+2+0=8)等于所有顶点的出度之和(2+0+1+2+0+3=8)。

2、拓扑排序的作用

不禁有人就问了,有很多排序算法啊,快速排序,插值排序,这个排序到底有什么优点呢?平常这种排序又用于哪种场景呢?

我们说快速排序是不稳定的,这是因为最后的快排结果中相同元素的出现顺序和排序前不一致了。如果用偏序的概念可以这样解释这一现象:相同值的元素之间的关系是无法确定的。因此它们在最终的结果中的出现顺序可以是任意的。而对于诸如插入排序这种稳定性排序,它们对于值相同的元素,还有一个潜在的比较方式,即比较它们的出现顺序,出现靠前的元素大于出现后出现的元素。因此通过这一潜在的比较,将偏序关系转换为了全序关系,从而保证了结果的唯一性。而拓扑排序就是一种将偏序转换为全序的一种算法。

这里要补充两个概念,偏序和全序?

偏序:有向图中两个顶点之间不存在环路,至于连通与否,是无所谓的。

全序:就是在偏序的基础之上,有向无环图中的任意一对顶点还需要有明确的关系(反映在图中,就是单向连通的关系,注意不能双向连通,那就成环了)。

意思就是讲,一个不确定的偏序关系经全序后就有一种确定的先后顺序了。

#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<vector>
#include<queue>
using namespace std;
const int maxn=100+10;
int n;
vector<int> G[maxn];
int in[maxn];
int ans[maxn];
void topo()
{
    queue<int> Q;
    for(int i=1;i<=n;i++)if(in[i]==0)
        Q.push(i);
    int cnt=0;
    while(!Q.empty())
    {
        int u=Q.front(); Q.pop();
        ans[cnt++]=u;
        for(int i=0;i<G[u].size();i++)
        {
            int v=G[u][i];
            if(--in[v]==0) Q.push(v);
        }
    }
}
int main()
{
    while(scanf("%d",&n)==1&&n)
    {
        for(int i=1;i<=n;i++)
        {
            G[i].clear();//初始化
            in[i]=0;     //初始化
            int v;
            while(1)
            {
                scanf("%d",&v);
                if(v==0) break;
                G[i].push_back(v);
                in[v]++;
            }
        }
        topo();
        printf("%d",ans[0]);
        for(int i=1;i<n;i++)
            printf(" %d",ans[i]);
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

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