这样说,可能理解起来比较抽象。下面通过简单的例子进行说明!

例如,一个项目包括A、B、C、D四个子部分来完成,并且A依赖于B和D,C依赖于D。现在要制定一个计划,写出A、B、C、D的执行顺序。这时,就可以利用到拓扑排序,它就是用来确定事物发生的顺序的。

在拓扑排序中,如果存在一条从顶点A到顶点B的路径,那么在排序结果中B出现在A的后面。

拓扑排序算法的基本步骤:

以上图为例,来对拓扑排序进行演示。

拓扑排序 - 图2

第1步:将B和C加入到排序结果中。

​ 顶点B和顶点C都是没有依赖顶点,因此将C和C加入到结果集T中。假设ABCDEFG按顺序存储,因此先访问B,再访问C。访问B之后,去掉边,并将A和D加入到队列Q中。同样的,去掉边,并将F和G加入到Q中。

​ (01) 将B加入到排序结果中,然后去掉边;此时,由于A和D没有依赖顶点,因此并将A和D加入到队列Q中。

​ (02) 将C加入到排序结果中,然后去掉边;此时,由于F有依赖顶点D,G有依赖顶点A,因此不对F和G进行处理。

第2步:将A,D依次加入到排序结果中。

​ 第1步访问之后,A,D都是没有依赖顶点的,根据存储顺序,先访问A,然后访问D。访问之后,删除顶点A和顶点D的出边。

因此访问顺序是:B -> C -> A -> D -> E -> F -> G

拓扑排序是对有向无向图的排序。下面以邻接表实现的有向图来对拓扑排序进行说明。

1. 基本定义

(01) ListDG是邻接表对应的结构体。 mVexs则是保存顶点信息的一维数组。

(02) VNode是邻接表顶点对应的结构体。 data是顶点所包含的数据,而firstEdge是该顶点所包含链表的表头指针。

(03) ENode是邻接表顶点所包含的链表的节点对应的结构体。 ivex是该节点所对应的顶点在vexs中的索引,而nextEdge是指向下一个节点的。

2. 拓扑排序

  1. * 拓扑排序
  2. *
  3. * 返回值:
  4. * -1 -- 失败(由于内存不足等原因导致)
  5. * 0 -- 成功排序,并输入结果
  6. * 1 -- 失败(该有向图是有环的)
  7. */
  8. public int topologicalSort() {
  9. int index = 0;
  10. int num = mVexs.size();
  11. int[] ins; // 入度数组
  12. char[] tops; // 拓扑排序结果数组,记录每个节点的排序后的序号。
  13. Queue<Integer> queue; // 辅组队列
  14. ins = new int[num];
  15. tops = new char[num];
  16. queue = new LinkedList<Integer>();
  17. for(int i = 0; i < num; i++) {
  18. ENode node = mVexs.get(i).firstEdge;
  19. while (node != null) {
  20. ins[node.ivex]++;
  21. node = node.nextEdge;
  22. }
  23. }
  24. // 将所有入度为0的顶点入队列
  25. for(int i = 0; i < num; i ++)
  26. if(ins[i] == 0)
  27. queue.offer(i); // 入队列
  28. while (!queue.isEmpty()) { // 队列非空
  29. int j = queue.poll().intValue(); // 出队列。j是顶点的序号
  30. tops[index++] = mVexs.get(j).data; // 将该顶点添加到tops中,tops是排序结果
  31. ENode node = mVexs.get(j).firstEdge;// 获取以该顶点为起点的出边队列
  32. // 将与"node"关联的节点的入度减1;
  33. // 若减1之后,该节点的入度为0;则将该节点添加到队列中。
  34. ins[node.ivex]--;
  35. // 若节点的入度为0,则将其"入队列"
  36. if( ins[node.ivex] == 0)
  37. queue.offer(node.ivex); // 入队列
  38. node = node.nextEdge;
  39. }
  40. }
  41. if(index != num) {
  42. System.out.printf("Graph has a cycle\n");
  43. return 1;
  44. }
  45. // 打印拓扑排序结果
  46. System.out.printf("== TopSort: ");
  47. for(int i = 0; i < num; i ++)
  48. System.out.printf("%c ", tops[i]);
  49. System.out.printf("\n");
  50. }

说明:

(01) queue的作用就是用来存储没有依赖顶点的顶点。它与前面所说的Q相对应。

(02) tops的作用就是用来存储排序结果。它与前面所说的T相对应。