拓扑排序

拓扑排序(Topological Sort)
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<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(TopoiSicai Order)的序列,简称拓扑序列。
注意:
①若将图中顶点按拓扑次序排成一行,则图中所有的有向边均是从左指向右的。
②若图中存在有向环,则不可能使顶点满足拓扑次序。
③一个DAG的拓扑序列通常表示某种方案切实可行。
【例】对学生选课工程图进行拓扑排序, 得到的拓扑有序序列为
C1 , C2 , C3 , C4 , C5 , C6 , C8 , C9 , C7
或 C1 , C8 , C9 , C2 , C5 , C3 , C4 , C7 , C6
【例】一本书的作者将书本中的各章节学习作为顶点,各章节的先学后修关系作为边,构成一个有向图。按有向图的拓扑次序安排章节,才能保证读者在学习某章节时,其预备知识已在前面的章节里介绍过。
④一个DAG可能有多个拓扑序列。
【例】对图G9进行拓扑排序,至少可得到如下的两个(实际远不止两个)拓扑序列:C0,C1,C2,C4,C3,C5,C7,C8,C6和C0,C7,C9,C1,C4,C2,C3,C6,C5。
⑤当有向图中存在有向环时,拓扑序列不存在
【例】下面(a)图中的有向环重排后如(b)所示,有向边<v3,vl>和其它边反向。若有向图被用来表示某项工程实施方案或某项工作计划,则找不到该图的拓扑序列(即含有向环),就意味着该方案或计划是不可行的。
无前趋的顶点优先的拓扑排序方法
该方法的每一步总是输出当前无前趋(即入度为零)的顶点,其抽象算法可描述为:
NonPreFirstTopSort(G){//优先输出无前趋的顶点
while(G中有入度为0的顶点)do{
从G中选择一个入度为0的顶点v且输出之;
从G中删去v及其所有出边;
}
if(输出的顶点数目<|V(G)|)
//若此条件不成立,则表示所有顶点均已输出,排序成功。
Error("G中存在有向环,排序失败!");
}
对G9执行上述算法的执行过程【参见动画演示】和得到的拓扑序列是C0,C1,C2,C4,C3,C5,C7,C9,C6。
注意:
无前趋的顶点优先的拓扑排序算法在具体存储结构下,为便于考察每个顶点的入度,可保存各顶点当前的入度。为避免每次选入度为0的顶点时扫描整个存储空间,可设一个栈或队列暂存所有入度为零的顶点:
在开始排序前,扫描对应的存储空间,将入度为零的顶点均入栈(队)。以后每次选入度为零的顶点时,只需做出栈(队)操作即可。
拓扑排序是有向图的一个重要操作。在给定的有向图G中,若顶点序列vi1,vi2,...,vin满足下列条件:若在有向图G中从顶点vi到顶点vj有一条路径,则在序列中顶点vi必在顶点vj之前,便称这个序列为一个拓扑序列。求一个有向图拓扑序列的过程称为拓扑排序。
Pascal代码:
program TopSort;
var
map,link:array [1..100,1..100] of integer;
v,pnt:array [1..100] of integer;
i,j,k:integer;
n,m:integer;
a,b:integer;
begin
fillchar(map,sizeof(map),0);
fillchar(link,sizeof(link),0);
fillchar(v,sizeof(v),0);
readln(n,m);
for i:=1 to m do
begin
readln(a,b);
map[a,b]:=1;
v[b]:=v[b]+1;
end;
i:=0;
link:=map;
while (i<n) do
begin
j:=1;
while (v[j]<>0) do inc(j);
v[j]:=-1;
for k:=1 to n do
if link[j,k]=1 then begin dec(v[k]);link[j,k]:=0; end;
inc(i);
pnt[i]:=j;
end;
for i:=1 to n do
writeln(pnt[i]);
end.