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不读概念,用过程轻松理解并实现拓扑排序

时间:2024-03-30 20:59:11浏览次数:26  
标签:int 拓扑 入度 轻松 ints 顶点 排序

目录

1. 有向无环图

2. AOV网:顶点活动图

3. 拓扑排序

4. 实现拓扑排序

5. 力扣OJ


1. 有向无环图

顾名思义,边有向,图中没有回路。这里只需要知道各顶点的入度和出度怎么计算即可。

2. AOV网:顶点活动图

在有向无环图中,用顶点来表示一个活动,用边来表示活动的先后顺序的图结构。

拓扑排序与 AOV 网络之间存在密切的关系,因为 AOV 网络通常用于描述项目中的活动之间的依赖关系,而拓扑排序则可以用来确定这些活动的执行顺序。

3. 拓扑排序

概念:抽象,略。

找到做事情的先后顺序,拓扑排序的结果可能不是唯一的.

模拟一遍拓扑排序就明白了:

在这个有向无环图中,统计了各个顶点的入度和出度。

拓扑排序是找到做事情的先后顺序,也就是说,在做1这件事之前,我必须先把0这件事做完了才行。而入度为0的顶点就是拓朴排序的起点,如果有多个入度为0的顶点,拓扑排序的结果就不一样了。

因此,拓扑排序分为以下几个步骤:

  1. 找出入度为0的点,然后输出。
  2. 删除与该点连接的边,即这些边指向的顶点的入度-1。
  3. 重复1,2操作,直到图中没有点或者没有入度为0的点为止。

重要应用,判断有向图中是否有环。

例如:

该图中右侧三个顶点(3,4,5)构成了环。根据上面步骤进行拓扑排序,发现当1,2顶点依次处理完后,剩下顶点之间的关系是这样的:

此时,图中没有入度为1的顶点了,而已处理的顶点数未达到图中顶点的个数,因此就可以判断出该图是有环的。

4. 实现拓扑排序

借助队列,来一次BFS即可。

1.初始化:把所有入度为0的顶点加入到队列中。

2.当队列不为空时:

        (1)拿出队头元素,加入到最终结果中。

        (2)删除与该元素相连的边。

        (3)判断:删除边指向的顶点,此时入度是否为0,如果为0,加入到队列中。

5. 力扣OJ

207. 课程表

不看题目的示例,直接看前面那个图:

根据题目要求,它让我们判断是否可能完成所有课程的学习,其实就是看我们在拓扑排序的过程中能否处理完所有顶点,也就是判断这个有向图中是否有环。对此,我们首要任务其实是建图。

二维数组中每个元素 prerequisites[i]就表示prerequisites[1]指向prerequisites[0],即通过给出的prerequisites数组要转换成图示中的图,实现图有两种方式,这里我们使用邻接表实现(稀疏图)。对于建图,我们要灵活使用语言提供的容器。

模拟一个邻接表也有两种方式:

  1. List<List<Integer>>:本题中,课程映射成了数字(整型)的形式,因此我们可以用一个大的List表示图中的顶点数,小的List存储这个顶点的邻接顶点。
  2. Map<Integer, List<Integer>>:这种方式同样可以创建邻接表,但它的通用性更强。原因就是当课程是以字符串的形式表示的,如数学,语文,英语等,此时我们如果用第一种方式建表就需要先把课程和数字(整型)的对应关系确定下来。而第二种方式直接将泛型更改为String类型,即Map<String, List<String>>即可直接建表。

除建表外,还需要一个入度表,用于后续BFS的过程中将入度变为0的顶点入队。结合上述拓扑排序的实现步骤,代码实现如下(具体步骤看注释):

class Solution {
    public boolean canFinish(int n, int[][] p) {
        //1.准备工作,建图
        Map<Integer, List<Integer>> edges = new HashMap<>();
        int[] in = new int[n]; //入度表
        //遍历二维数组
        for (int[] ints : p) {
            //以p[1]为键,p[0]为值的元素建表
            if (!edges.containsKey(ints[1])) {
                edges.put(ints[1], new ArrayList<>());
            }
            edges.get(ints[1]).add(ints[0]);
            in[ints[0]]++; //p[0]的入度加1
        }
        //2.进行拓扑排序
        //2.1 遍历入度表,将所有入度为0的顶点入队
        Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
        for(int i = 0; i < n; i++) {
            if(in[i] == 0) {
                queue.offer(i);
            }
        }
        //2.2 bfs
        int count = 0;//记录能够完成几门课程
        while(!queue.isEmpty()) {
            int edge = queue.poll();
            count++;
            //遍历该顶点的邻接顶点(先要保证该顶点有邻接顶点),将它们的入度-1
            if (edges.containsKey(edge)) {
                for (int inIdx : edges.get(edge)) {
                    in[inIdx]--;
                    if (in[inIdx] == 0) {
                        queue.offer(inIdx);
                    }
                }
            }
        }
        //或者判断入度表是否有不为0的顶点,有则返回false,否则为true
        return count == n;
    }
}

接下来可尝试解决另外两道题:

210. 课程表 II

LCR 114. 火星词典

标签:int,拓扑,入度,轻松,ints,顶点,排序
From: https://blog.csdn.net/sjsjzhx/article/details/137158461

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