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数据结构:图--拓扑排序
拓扑排序
拓扑排序
在实际应用中,有向图的边可以看做是顶点之间制约关系的描述。把顶点看作是一个个任务,则对于有向边<Vi,Vj>表明任务Vj的完成需等到任务Vi完成之后,也就是说任务Vi先于任务Vj完成。对于一个有向图,找出一个顶点序列,且序列满足:若顶点Vi和Vj之间有一条边<Vi,Vj>,则在此序列中顶点Vi必在顶点Vj之前。这样的一个序列就称为有向图的拓扑序列(topological order)。
步骤
- 从有向图中选取一个没有前驱(入度为0)的顶点输出。
- 删除图中所有以它为起点的弧。
重复上述两个步骤,此时会出现两种情形
1.所有顶点都已输出,输出序列就是拓扑序列。
2.已没有无前驱的顶点,但任然有顶点没有输出,这表明该有向图是有环的。
可见拓扑排序可以检测有向图是否有环。
必须指出,即使是存储结构已确定,拓扑序列也不一定是唯一的。拓扑排序序列不仅跟存储结构有关也与具体采用的算法有关。
代码
类定义
#include<iostream> #include<iomanip> #include<queue> using namespace std; /* 用邻接矩阵实现图 拓扑排序必须是有向图 */ class Graph { private: //顶点数 int numV; //边数 int numE; //顶点的入度 int *indegree; //邻接矩阵 int **matrix; public: /* 构造方法 numV是顶点数,isWeighted是否带权值,isDirected是否有方向 */ Graph(int numV); //建图 void createGraph(int numE); //析构方法 ~Graph(); //获取顶点数 int getVerNums() { return numV; } //获取边数 int getEdgeNums() { return numE; } //拓扑排序 void topologicalSort(); //打印邻接矩阵 void printAdjacentMatrix(); //检查输入 bool check(int, int); };类实现
//构造函数,指定顶点数目 Graph::Graph(int numV) { //对输入的顶点数进行检测 while (numV <= 0) { cout << "顶点数有误!重新输入 "; cin >> numV; } this->numV = numV; //构建邻接矩阵,并初始化 matrix = new int*[numV]; int i, j; for (i = 0; i < numV; i++) matrix[i] = new int[numV]; //由于权值对于拓扑排序并无作用,故采取无权图的做法 for (i = 0; i < numV; i++) for (j = 0; j < numV; j++) matrix[i][j] = 0; //构建顶点的入度数组,并初始化 indegree = new int[numV]; for (i = 0; i < numV; i++) indegree[i] = 0; } void Graph::createGraph(int numE) { /* 对输入的边数做检测 一个numV个顶点的有向图,最多有numV*(numV - 1)条边 */ while (numE < 0 || numE > numV*(numV - 1)) { cout << "边数有问题!重新输入 "; cin >> numE; } this->numE = numE; int tail, head, i; i = 0; cout << "输入每条边的起点(弧尾)、终点(弧头)" << endl; while (i < numE) { cin >> tail >> head; while (!check(tail, head)) { cout << "输入的边不正确!请重新输入 " << endl; cin >> tail >> head; } matrix[tail][head] = 1; indegree[head]++; i++; } } Graph::~Graph() { int i; for (i = 0; i < numV; i++) delete[] matrix[i]; delete[]matrix; delete[]indegree; } //拓扑排序 void Graph::topologicalSort() { int i, vertex; queue<int> q; //入度为零的顶点入队 for (i = 0; i < numV; i++) if (indegree[i] == 0) q.push(i); bool *visited = new bool[numV]; for (i = 0; i < numV; i++) visited[i] = false; while (!q.empty()) { vertex = q.front(); q.pop(); cout << setw(4) << vertex; visited[vertex] = true; for (i = 0; i < numV; i++) if (matrix[vertex][i] == 1) { //调整入度,入度为0则需入队 if (!(--indegree[i])) q.push(i); } } cout << endl; for (i = 0; i < numV; i++) if (!visited[i]) cout << "该有向图有环!"; cout << endl; delete[]visited; } //打印邻接矩阵 void Graph::printAdjacentMatrix() { int i, j; cout.setf(ios::left); cout << setw(4) << " "; for (i = 0; i < numV; i++) cout << setw(4) << i; cout << endl; for (i = 0; i < numV; i++) { cout << setw(4) << i; for (j = 0; j < numV; j++) cout << setw(4) << matrix[i][j]; cout << endl; } } bool Graph::check(int tail, int head) { if (tail < 0 || tail >= numV || head < 0 || head >= numV) return false; return true; }主函数
int main() { cout << "******拓扑排序***by David***" << endl; int numV, numE; cout << "建图..." << endl; cout << "输入顶点数 "; cin >> numV; Graph graph(numV); cout << "输入边数 "; cin >> numE; graph.createGraph(numE); cout << "打印邻接矩阵..." << endl; graph.printAdjacentMatrix(); cout << "拓扑排序..."<<endl; graph.topologicalSort(); system("pause"); return 0; }
运行
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