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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。
下面是Java实现:
/**
* 有方向图
*
*/
public class DirectedGraph {
private final int MAX_VERTS = 20;
private Vertex[] vertexList; // array of vertices
private int[][] adjMat; // adjacency matrix
private int nVerts; // current number of vertices
private char[] sortedArray; // sorted vert labels
/**
* 默认构造函数 初始化邻接矩阵
*/
public DirectedGraph() {
vertexList = new Vertex[MAX_VERTS];
sortedArray = new char[MAX_VERTS];
// 图的邻接矩阵adjacency matrix
adjMat = new int[MAX_VERTS][MAX_VERTS];
nVerts = 0;
for (int j = 0; j < MAX_VERTS; j++) {
// set adjacency
for (int k = 0; k < MAX_VERTS; k++) {
adjMat[j][k] = 0;
}
}
}
/**
* 对有向图进行拓扑排序
*
* 无后继的顶点优先拓扑排序方法 1、思想方法 该方法的每一步均是输出当前无后继(即出度为0)的顶点。
* 对于一个DAG,按此方法输出的序列是逆拓扑次序。 因此设置一个栈(或向量)T来保存输出的顶点序列,即可得到拓扑序列。
* 若T是栈,则每当输出顶点时,只需做人栈操作,排序完成时将栈中顶点依次出栈即可得拓扑序列。
* 若T是向量,则将输出的顶点从T[n-1]开始依次从后往前存放,即可保证T中存储的顶点是拓扑序列。
*/
public void nonSuccFirstToplogicalSort() {
int orig_nVerts = nVerts;
while (nVerts > 0) {
int delVertex = getNoSuccessorVertex();
if (-1 == delVertex) {
System.out
.println("Error: This graph has cycles! It cannot be toplogical sorted.");
return;
}
sortedArray[nVerts - 1] = vertexList[delVertex].label;
deleteVertex(delVertex);
}
System.out.print("Topologically sorted order: ");
for (int j = 0; j < orig_nVerts; j++) {
System.out.print(sortedArray[j]);
}
System.out.println("");
}
/**
* 找到没有后继节点的节点
*
* @return
*/
public int getNoSuccessorVertex() {
boolean isEdge;
for (int row = 0; row < nVerts; row++) {
isEdge = false;
for (int column = 0; column < nVerts; column++) {
if (adjMat[row][column] > 0)// 大于0,表明有边指向其他点,说明有后继节点
{
isEdge = true;
break; // OK,继续下一个节点
}
}
if (false == isEdge)// 没有边,表明没有后继节点
{
return row;
}
}
return -1;
}
/**
* 删除一个节点
*
* @param delVertex
*/
public void deleteVertex(int delVertex) {
if (delVertex != nVerts - 1)// 如果不是最后一个节点
{
// 在节点列表中删除这个节点,所有后面的节点前移一格
for (int i = delVertex; i < nVerts - 1; i++) {
vertexList[i] = vertexList[i + 1];
}
// 删除邻接矩阵的delVertex行和列,即所有后面的行和列都向前移动一格
// 所有delVertex行后的行,向上一个格
for (int row = delVertex; row < nVerts - 1; row++) {
for (int column = 0; column < nVerts; column++) {
adjMat[row][column] = adjMat[row + 1][column];
}
}
// 所有delVertex列后的列,向左一个格
for (int column = delVertex; column < nVerts; column++) {
for (int row = 0; row < nVerts - 1; row++) {
adjMat[row][column] = adjMat[row][column + 1];
}
}
}
nVerts--;// 减少一个节点
}
/**
* 添加一个节点
*
* @param lab
*/
public void addVertex(char lab) // argument is label
{
vertexList[nVerts++] = new Vertex(lab);
}
/**
* 添加一条边
*
* @param start
* 起始点
* @param end
* 终点
*/
public void addEdge(int start, int end) {
adjMat[start][end] = 1;
}
/**
* 添加一条边
*
* @param start
* 起始点
* @param end
* 终点
*/
public void addEdge(char startVertex, char endVertex) {
int start = getIndexByLabel(startVertex);
int end = getIndexByLabel(endVertex);
if (-1 != start && -1 != end) {
adjMat[start][end] = 1;
}
}
/**
* 显示一个节点
*
* @param v
*/
public void displayVertex(int v) {
System.out.print(vertexList[v].label);
}
public int getIndexByLabel(char lable) {
for (int i = 0; i < vertexList.length; i++) {
if (lable == vertexList[i].label) {
return i;
}
}
// 没有这个节点
}
}