8.拓扑排序

哦豁,先给个百度的定义吧

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。

可能这个定义对于没有学过离散数学的人不太友好,偏序和全序是什么东西鸭摔
其实吧,不用看这个定义,其实这就是一个前驱和后继的关系,在实际关系中可以表现为某事是另外一件事的前提(依赖关系),比如你想要烧粥的前提是手上有米,并且有锅有火,这些条件都集齐才可以开始下一步:烧粥
v4事件的前提条件就是v1,v2的前提条件也是v1等等,我们就可以画出下面这有向图

image.png

当然,也可以表示点与点之间的关系,这关系可以是权值大小等等,比如v1的权值比v2
大,v3大,v4大........
正常步骤为(方法不一定唯一)

下图和描述部分源网络

  • 从DAG图中找到一个没有前驱的顶点输出。(可以遍历(比较笨,不推荐),最好用队列维护)
  • 删除以这个点为起点的边。(它的指向的边删除,为了找到下个没有前驱的顶点)
  • 重复上述,直到最后一个顶点被输出。如果还有顶点未被输出,则说明有环!

额外强调,拓扑排序只能用于有向无环图有向无环图有向无环图!!!用依赖关系来理解就是想要完成A必须先完成B,想完成B又必须先完成A,这就是死循环(环),是无法进行的!

对于上图的简单序列,可以简单描述步骤为:

  • 1:删除1或2输出


    在这里插入图片描述
  • 2:删除2或3以及对应边


    在这里插入图片描述
  • 3:删除3或者4以及对应边
    在这里插入图片描述
  • 3:重复以上规则步骤


    在这里插入图片描述

这样就完成一次拓扑排序,得到一个拓扑序列,但是这个序列并不唯一!从过程中也看到有很多选择方案,具体得到结果看你算法的设计了。但只要满足即是拓扑排序序列。

另外观察 1 2 4 3 6 5 7 9这个序列满足我们所说的有关系的节点指向的在前面,被指向的在后面。如果完全没关系那不一定前后(例如1,2)

如果还是觉得有点抽象,看题
image.png

这里的关系就是一个相对位置的关系,从而构成了一张图
那我们怎么能从这张图中求出答案,首先我们知道,以自己为终点最少可以游览一个城市,也就是自己,那么如何可以做到游览更多的城市,当然是从没有前驱或者说是已知的最西边的城市开始走了,也就是入度为0的点,然后拓扑排序用dp(动态规划)的思想不断更新len[i](len[i]表示以i为终点最多能游览的城市数)代码走起

#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<string.h>
#include<queue>//拓扑排序需要
using namespace std;
struct xing
{
    int qian,wei;
}bian[210000];
int n,m,cnt,head[110000],len[110000],ru[110000],o1,o2;//链式前向星建图,len数组就是答案,ru这个数组表示每个点的入度
void add(int u,int v)
{
    bian[++cnt].qian=head[u];
    bian[cnt].wei=v;
    head[u]=cnt;
}//加边没啥说的
int main()
{
    cin>>n>>m;
    for(int i=1;i<m+1;i++)
    {
        cin>>o1>>o2;
        add(o1,o2);
        ru[o2]++;//记录一下每个点的入度
    }
    queue<int> q;//建立一个队列,用于维护入度为0的顶点,保证拓扑排序的进行
    for(int i=1;i<n+1;i++)
    {//初始化队列,先把所有入度为0的点扔进队列,顺便把len数组初始化了,毕竟初始值全是1
        if(!ru[i])
        q.push(i);
        len[i]=1;
    }
    while(!q.empty())
    {//当队列里啥都没有的时候,代表拓扑排序已经结束
        int u=q.front();//把队首提出来
        q.pop();//队首没用了,扔掉
        for(int i=head[u];i;i=bian[i].qian)
        {
            int v=bian[i].wei;//用有向边找下一个点
            ru[v]--;//因为此时u点已经从图里扔掉了,所以作为u的后继,节点v的入度自然要--
            len[v]=max(len[v],len[u]+1);//v可以作为从u点过来的终点,考虑到v可能不止一个前驱节点,所以用dp的思想,取那个最大的
            if(!ru[v])//如果v的前驱节点全部没了,那他自己就要进队了
            q.push(v);//进队
        }
    }
    for(int i=1;i<n+1;i++)
    cout<<len[i]<<"\n";//输出答案
    return 0;
}

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