有向图的拓扑序列

时间:2025-04-18 07:21:40

有向图的拓扑序列

一、简介

1、概念

拓扑序列是顶点活动网中将活动按发生的先后次序进行的一种排列。 拓扑排序,是对一个有向无环图(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,若边(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(Topological Order)的序列,简称拓扑序列。

2、简单举例:

1
2
3

这样一个有向无环图的拓扑序列是1、2、3。

可以证明一个有向无环图一定存在拓扑序列,所以有向无环图又被称为拓扑图

3、入度与出度

入度是指有多少条边指向该结点,出度是该结点有多少条边指出。

上图为例:

入度 出度
1 0 2
2 1 1
3 2 0

二、排序

由于入度为0的点没有被任何边指向,所以任何一个入度为0的点都可以排在当前最前面的位置,所以拓扑排序的第一步为将所有入度为0的点入队。然后利用宽搜就可以达到效果了。

首先是有向图的构建:

void add(int a,int b)
{
    e[idx] = b,ne[idx] = h[a],h[a] = idx++;
}

然后就是排序函数:

void topsort()
{
    int hh  0,tt = 0;
    for(int i = 1;i <= n;i++)
        if(!d[i])q[tt++] = i;//d为储存入度的数组
    
    while(hh <= tt)
    {
        int t = q[hh++];
        
        for(int i = h[t];i != -1;i++)
        {
            int j = e[i];
            d[j]--;
            if(!d[j])q[tt++] = j;
        }
    }
}

三、例题代码

如题:848. 有向图的拓扑序列 - AcWing题库

#include<iostream>
#include<cstring>
using namespace std;
const int N = 1e5+3;

int n,m;
int e[N],ne[N],h[N],idx;
int d[N],q[N];

void add(int a, int b)
{
    e[idx] = b;ne[idx] = h[a];h[a] = idx++;
}

bool topsort()
{
    int hh = 0,tt = 0;
    for(int i = 1;i <= n;i++)
        if(!d[i])q[tt++] = i;
    
    while(hh <= tt)
    {
        int t = q[hh++];
        for(int i = h[t];i != -1;i = ne[i])
        {
            int j = e[i];
            d[j]--;
            if(!d[j])q[tt++] = j;
        }
    }
    if(tt == n)return 1;//如果tt与n相等,说明该图是个有向无环图,存在拓扑序列。
    
    return 0;
}

int main()
{
    memset(h,-1,sizeof h);
    scanf("%d%d",&n,&m);
    for(int i = 0;i < m;i++)
    {
        int a,b;
        scanf("%d%d",&a,&b);
        add(a,b);
        d[b]++;
    }
    
    if(topsort())
    {
        for(int i = 0;i < n;i++)
            printf("%d ",q[i]);
        puts("");
    }
    else puts("-1");    
    return 0;
}