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拓扑排序专题
拓扑排序指的是有向无环图($DAG$);
学过计算机网络的知道计算机网络中有一个拓扑结构;
下面就是一个拓扑结构;
那拓扑序就是,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
我们可以发现 拓扑序不是唯一的;
接下来,我们需要知道一个概念——度:
对于有向图的某个结点来说,我们把指向它的边的数量叫做入度;
把从它发出的边的数量称为出度,这个都很好理解吧;
例如,下面这个图:
它是一个 $DAG$ 图,那么如何写出它的拓扑排序呢?这里说一种比较常用的方法:-
从
DAG图中选择一个没有前驱(即入度为$0$)的顶点并输出。 -
从图中删除该顶点和所有以它为起点的有向边。
-
重复
1和2直到当前的DAG图为空或 当前图中不存在无前驱的顶点为止。
于是,得到拓扑排序后的结果是{ 1,2,4,3,5 }。
通常,一个有向无环图可以有一个或多个拓扑排序序列。这是因为可能同时存在多个入度为$0$的结点,这时,先处理哪个都是可以的。
如何获得一个拓扑序:
我们先来找一个 最容易理解的例子,那就是食物链,对一个自然界的食物链来说,一定存在拓扑序;
第一:不存在环
第二:有向
接下来我们来看看如何获得一个拓扑序,我们观察最左面的结点,一定是没有指向它的边,也就是入度为零,最右边的结点呢,是一定不存在它指向别人的边的,如果有,那么它就不是最右边的点也就是出度为零;
那就是说,所有入度为零的点都可以作为起点,我们开一个数组记录入度的值;
至于如何使用邻接表存边,这就不展开解释了,可以参考这个:传送门
其实,拓扑排序也是$bfs$的一个简单应用,我们需要 借助队列 来实现;
首先,我们遍历存储入度的数组,获得可以作为起点的结点,将其加入队列;
接下来就可以愉快的遍历了,没当我们遍历到一个点的时候,我们让它的入度--;
这样做的 意义 就是,判断指向这个点的边是不是都遍历过了,因为我们要保证拓扑序最重要的一个特点:$<u,v>$的边中,$u$一定在$v$的前面出现;
如果这个点所有的边都遍历过的话,是不是也就是说这个点已经没有指向它的边了,也就是说这个点可以作为一个起点了,那我们将它加入队列;循环这个操作,知道队列为空;
按最小的字典序输出拓扑排序
一个图的拓扑排序往往不只有一种,所以有时题目 要求输出字典序最小的拓扑排序,这时我们只需要把$bfs$中的队列 换成优先队列 就好,同时入度为$0$的点字典序小的先出队。
题单
AcWing 848. 有向图的拓扑序列
【判断是不是拓扑图的方法,输出任意一个拓扑序列】
AcWing 1191. 家谱树
【输出任意一个拓扑序列】
P4017 最大食物链计数 - 洛谷
【拓扑序、递推、记录入度的同时记录出度,方便找到终点、数字三角形模型】
P1137 旅行计划
【拓扑序、递推、记录入度的同时记录出度,方便找到终点、数字三角形模型】
AcWing 1192. 奖金
【拓扑序,给初始值,按拓扑序求最长路,得最小值】
AcWing 164. 可达性统计
【拓扑序,逆拓扑序倒推,$bitset$状态压缩,或运算求和】
AcWing 456. 车站分级
【拓扑序,笛卡尔积条边使用中间点降维建图技巧、最长路、最小值】


