拓扑排序

浏览数：17 / 时间：2015年06月08日

拓扑排序：

　　一个较大的工程往往被划分成许多子工程，我们把这些子工程称作活动(activity)。在整个工程中，有些子工程(活动)必须在其它有关子工程完成之后才能开始，也就是说，一个子工程的开始是以它的所有前序子工程的结束为先决条件的，但有些子工程没有先决条件，可以安排在任何时间开始。为了形象地反映出整个工程中各个子工程(活动)之间的先后关系，可用一个有向图来表示，图中的顶点代表活动(子工程)，图中的有向边代表活动的先后关系，即有向边的起点的活动是终点活动的前序活动，只有当起点活动完成之后，其终点活动才能进行。通常，我们把这种顶点表示活动、边表示活动间先后关系的有向图称做顶点活动网(Activity On Vertex network)，简称AOV网。

　　一个AOV网应该是一个有向无环图，即不应该带有回路，因为若带有回路，则回路上的所有活动都无法进行。如图3-6是一个具有三个顶点的回路，由<A,B>边可得B活动必须在A活动之后，由<B,C>边可得C活动必须在B活动之后，所以推出C活动必然在A活动之后，但由<C,A>边可得C活动必须在A活动之前，从而出现矛盾，使每一项活动都无法进行。这种情况若在程序中出现，则称为死锁或死循环，是应该必须避免的。

　　在AOV网中，若不存在回路，则所有活动可排列成一个线性序列，使得每个活动的所有前驱活动都排在该活动的前面，我们把此序列叫做拓扑序列(Topological order)，由AOV网构造拓扑序列的过程叫做拓扑排序(Topological sort)。AOV网的拓扑序列不是唯一的，满足上述定义的任一线性序列都称作它的拓扑序列。

实现代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define MAXVERTEX 20
#define INCSIZE 10
typedef int ElemType;
typedef char VertexType;
typedef int EdgeType;
typedef struct EdgeNode
{
    int adjvex;
    EdgeType weight;
    struct EdgeNode *next;
}EdgeNode;

typedef struct VertexNode
{
    VertexType data;
    int in;
    struct EdgeNode *first;
}VertexNode,AdjList[MAXVERTEX];

typedef struct AdjGraphList
{
    AdjList adjList;
    int numVertex;
    int numEdge;
}AdjGraphList;

typedef struct SqStack
{
    ElemType *base;
    ElemType *top;
    int stackSize;
}SqStack;
typedef struct SqStack *LinkStack;
//建立一个栈
void InitStack(SqStack *s)
{
    s->base = (ElemType *)malloc(MAXVERTEX*sizeof(ElemType));
    if(!s->base)
        return;
    s->top = s->base;
    s->stackSize = MAXVERTEX;
}
void Push(SqStack *s,ElemType *e)
{
    if(s->top - s->base >= s->stackSize - 1)
    {
        s->base = (ElemType *)realloc(s->base,(s->stackSize + INCSIZE)*sizeof(ElemType));
        if(!s->base)
            return;
    }
    *(s->top) = *e;
    s->top++;
}
void Pop(SqStack *s,ElemType *e)
{
    if(s->top == s->base)
    {
        return;
    }
    s->top--;
    *e = *(s->top);
}
int StackLen(SqStack *s)
{
    return (s->top - s->base);
}

void CreateAdjGraphList(AdjGraphList *G)
{
    int i = 0,j = 0,k = 0,w = 0;
    int indegree;
    EdgeNode *p;
    VertexType c;
    printf("请输入顶点数和边数，中间用逗号隔开：\n");
    scanf("%d,%d",&G->numVertex,&G->numEdge);
    fflush(stdin);
    printf("请输入各个顶点存放的值，以及他们的入度,输入#表示结束 :\n");
    scanf("%c,%d",&c,&indegree);
    while(i < G->numVertex)
    {
        if(c == ‘#‘)
            break;
        G->adjList[i].data = c;
        G->adjList[i].in = indegree;
        G->adjList[i].first = NULL;
        i++;
        fflush(stdin);
        printf("请输入各个顶点存放的值，以及他们的入度，输入#表示结束 :\n");
        scanf("%c,%d",&c,&indegree);
    }
    fflush(stdin);
    for(k = 0;k < G->numEdge;k++)
    {
        printf("请输入边<Vi-Vj>所依附顶点的下标 i 和 j:\n");
        scanf("%d,%d",&i,&j);
        p = (EdgeNode *)malloc(sizeof(EdgeNode));
        p->adjvex = j;
        p->next = G->adjList[i].first;
        G->adjList[i].first = p;
    }
}
void AovSort(AdjGraphList *G)
{
    int i = 0,count = 0,k = 0;
    ElemType e;
    EdgeNode *q;
    SqStack s;
    InitStack(&s);
    for(i = 0;i < G->numVertex;i++)
    {
        if(G->adjList[i].in == 0)
        {
            Push(&s,&i);
        }
    }
    while(StackLen(&s))
    {
        Pop(&s,&e);
        count++;
        printf("%c->",G->adjList[e].data);
        q = G->adjList[e].first;
        while(q)
        {
            k = q->adjvex;
            G->adjList[k].in = G->adjList[k].in - 1;
            if(G->adjList[k].in == 0)
            {
                Push(&s,&k);
            }
            q = q->next;
        }
    }
    if(count != G->numVertex)
    {
        printf("\n无法继续进行拓扑排序了，检测到AOV网中存在回路！！！\n");
        return;
    }
    else
    {
        printf("End\n");
        return;
    }
}

int main()
{
    SqStack s;
    AdjGraphList G;
//    InitStack(&s);
    CreateAdjGraphList(&G);
    printf("\n拓扑路径为：\n");
    AovSort(&G);
    return 0;
}

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