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詳解Java實(shí)現(xiàn)拓?fù)渑判蛩惴?/h1>
 更新時(shí)間：2021年06月16日 10:44:54   作者：bigsai  
拓?fù)渑判?，很多人都可能聽說但是不了解的一種算法。或許很多人只知道它是圖論的一種排序，至于干什么的不清楚。又或許很多人可能還會認(rèn)為它是一種啥排序。而實(shí)質(zhì)上它是對有向圖的頂點(diǎn)排成一個線性序列

一、介紹

百科上這么定義的：

對一個有向無環(huán)圖(Directed Acyclic Graph簡稱DAG)G進(jìn)行拓?fù)渑判?，是將G中所有頂點(diǎn)排成一個線性序列，使得圖中任意一對頂點(diǎn)u和v，若邊<u,v>∈E(G)，則u在線性序列中出現(xiàn)在v之前。通常，這樣的線性序列稱為滿足拓?fù)浯涡?Topological Order)的序列，簡稱拓?fù)湫蛄?。簡單的說，由某個集合上的一個偏序得到該集合上的一個全序，這個操作稱之為拓?fù)渑判颉?/p>

為什么會有拓?fù)渑判颍客負(fù)渑判蛴泻巫饔茫?/p>

舉個例子，學(xué)習(xí)java系列的教程

代號 科目 學(xué)前需掌握
A1 javaSE
A2 html
A3 Jsp A1，A2
A4 servlet A1
A5 ssm A3,A4
A6 springboot A5

就比如學(xué)習(xí)java系類(部分)從java基礎(chǔ)，到j(luò)sp/servlet，到ssm，到springboot，springcloud等是個循序漸進(jìn)且有依賴的過程。在jsp學(xué)習(xí)要首先掌握java基礎(chǔ)和html基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)框架要掌握jsp/servlet和jdbc之類才行。那么，這個學(xué)習(xí)過程即構(gòu)成一個拓?fù)湫蛄小．?dāng)然這個序列也不唯一，你可以對不關(guān)聯(lián)的學(xué)科隨意選擇順序(比如html和java可以隨便先開始哪一個。)

那上述序列可以簡單表示為：

其中五種均為可以選擇的學(xué)習(xí)方案，對課程安排可以有參考作用，當(dāng)然，五個都是拓?fù)湫蛄小Ｖ皇沁x擇的策略不同！

一些其他注意：

DGA：有向無環(huán)圖
AOV網(wǎng)：數(shù)據(jù)在頂點(diǎn) 可以理解為面向?qū)ο?br /> AOE網(wǎng)：數(shù)據(jù)在邊上，可以理解為面向過程！

而我們通俗一點(diǎn)的說法，就是按照某種規(guī)則將這個圖的頂點(diǎn)取出來，這些頂點(diǎn)能夠表示什么或者有什么聯(lián)系。

規(guī)則：

  • 圖中每個頂點(diǎn)只出現(xiàn)一次。
  • A在B前面，則不存在B在A前面的路徑。(不能成環(huán)?。。?！)
  • 頂點(diǎn)的順序是保證所有指向它的下個節(jié)點(diǎn)在被指節(jié)點(diǎn)前面！(例如A—>B—>C那么A一定在B前面，B一定在C前面)。所以，這個核心規(guī)則下只要滿足即可，所以拓?fù)渑判蛐蛄胁灰欢ㄎㄒ唬?/li>

二、拓?fù)渑判蛩惴ǚ治?/h2>

正常步驟為(方法不一定唯一)：

  • 從DGA圖中找到一個沒有前驅(qū)的頂點(diǎn)輸出。(可以遍歷，也可以用優(yōu)先隊(duì)列維護(hù))
  • 刪除以這個點(diǎn)為起點(diǎn)的邊。(它的指向的邊刪除，為了找到下個沒有前驅(qū)的頂點(diǎn))
  • 重復(fù)上述，直到最后一個頂點(diǎn)被輸出。如果還有頂點(diǎn)未被輸出，則說明有環(huán)！

對于上圖的簡單序列，可以簡單描述步驟為：

1：刪除1或2輸出

2：刪除2或3以及對應(yīng)邊

3：刪除3或者4以及對應(yīng)邊

4：重復(fù)以上規(guī)則步驟

這樣就完成一次拓?fù)渑判颍玫揭粋€拓?fù)湫蛄?，但是這個序列并不唯一！從過程中也看到有很多選擇方案，具體得到結(jié)果看你算法的設(shè)計(jì)了。但只要滿足即是拓?fù)渑判蛐蛄小?/p>

另外觀察 1 2 4 3 6 5 7 9這個序列滿足我們所說的有關(guān)系的節(jié)點(diǎn)指向的在前面，被指向的在后面。如果完全沒關(guān)系那不一定前后(例如1,2)

三、拓?fù)渑判虼a實(shí)現(xiàn)

對于拓?fù)渑判?，如何用代碼實(shí)現(xiàn)呢？對于拓?fù)渑判颍m然在上面詳細(xì)介紹了思路和流程，也很通俗易懂。但是實(shí)際上代碼的實(shí)現(xiàn)還是很需要斟酌的，如何在空間和時(shí)間上能夠得到較好的平衡且取得較好的效率？

首先要考慮存儲。對于節(jié)點(diǎn)，首先他有聯(lián)通點(diǎn)這么多屬性。遇到稀疏矩陣還是用鄰接表比較好。因?yàn)橐粋€節(jié)點(diǎn)的指向節(jié)點(diǎn)較少，用鄰接矩陣較浪費(fèi)資源。

另外，如果是1，2，3，4，5，6這樣的序列求拓?fù)渑判颍覀兛梢钥紤]用數(shù)組，但是如果遇到1，2，88，9999類似數(shù)據(jù)，可以考慮用map中轉(zhuǎn)一下。

我們具體的代碼思想為：

  • 新建node類，包含節(jié)點(diǎn)數(shù)值和它的指向(這里直接用list集合替代鏈表了)
  • 一個數(shù)組包含node(這里默認(rèn)編號較集中)。初始化，添加每個節(jié)點(diǎn)指向的時(shí)候同時(shí)被指的節(jié)點(diǎn)入度+1！(A—>C)那么C的入度+1；
  • 掃描一遍所有node。將所有入度為0的點(diǎn)加入一個棧(隊(duì)列)。
  • 當(dāng)棧(隊(duì)列)不空的時(shí)候，拋出其中任意一個node(棧就是尾，隊(duì)就是頭，順序無所謂，上面分析了只要同時(shí)入度為零可以隨便選擇順序)。將node輸出，并且node指向的所有元素入度減一。如果某個點(diǎn)的入度被減為0，那么就將它加入棧(隊(duì)列)。
  • 重復(fù)上述操作，直到棧為空。

這里主要是利用?；蛘哧?duì)列儲存入度只為0的節(jié)點(diǎn)，只需要初次掃描表將入度為0的放入棧(隊(duì)列)中。

  • 這里你或許會問為什么。
  • 因?yàn)楣?jié)點(diǎn)之間是有相關(guān)性的，一個節(jié)點(diǎn)若想入度為零，那么它的父節(jié)點(diǎn)(指向節(jié)點(diǎn))肯定在它為0前入度為0，拆除關(guān)聯(lián)箭頭。從父節(jié)點(diǎn)角度，它的這次拆除聯(lián)系，可能導(dǎo)致被指向的入讀為0，也可能不為0(還有其他節(jié)點(diǎn)指向兒子)

至于具體demo：

package 圖論;

import java.util.ArrayDeque;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Queue;
import java.util.Stack;

public class tuopu {
	static class node
	{
		int value;
		List<Integer> next;
		public node(int value) {
			this.value=value;
			next=new ArrayList<Integer>();
		}
		public void setnext(List<Integer>list) {
			this.next=list;
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		node []nodes=new node[9];//儲存節(jié)點(diǎn)
		int a[]=new int[9];//儲存入度
		List<Integer>list[]=new ArrayList[10];//臨時(shí)空間，為了存儲指向的集合
		for(int i=1;i<9;i++)
		{
			nodes[i]=new node(i);
			list[i]=new ArrayList<Integer>();
		}
		initmap(nodes,list,a);
		
		//主要流程
		//Queue<node>q1=new ArrayDeque<node>();
		Stack<node>s1=new Stack<node>();
		for(int i=1;i<9;i++)
		{
			//System.out.print(nodes[i].next.size()+" 55 ");
			//System.out.println(a[i]);
			if(a[i]==0) {s1.add(nodes[i]);}
			
		}
		while(!s1.isEmpty())
		{
			node n1=s1.pop();//拋出輸出
		    
			System.out.print(n1.value+" ");
			
			List<Integer>next=n1.next;
			for(int i=0;i<next.size();i++)
			{
				a[next.get(i)]--;//入度減一
				if(a[next.get(i)]==0)//如果入度為0
				{
					s1.add(nodes[next.get(i)]);
				}
			}
		}
	}

	private static void initmap(node[] nodes, List<Integer>[] list, int[] a) {
		list[1].add(3);
		nodes[1].setnext(list[1]);
		a[3]++;
		list[2].add(4);list[2].add(6);
		nodes[2].setnext(list[2]);
		a[4]++;a[6]++;
		list[3].add(5);
		nodes[3].setnext(list[3]);
		a[5]++;
		list[4].add(5);list[4].add(6);
		nodes[4].setnext(list[4]);
		a[5]++;a[6]++;
		list[5].add(7);
		nodes[5].setnext(list[5]);
		a[7]++;
		list[6].add(8);
		nodes[6].setnext(list[6]);
		a[8]++;
		list[7].add(8);
		nodes[7].setnext(list[7]);
		a[8]++;
		
	}
}

輸出結(jié)果

2 4 6 1 3 5 7 8

當(dāng)然，上面說過用棧和隊(duì)列都可以！如果使用隊(duì)列就會得到1 2 3 4 5 6 7 8 的拓?fù)湫蛄?/p>

以上就是詳解Java實(shí)現(xiàn)拓?fù)渑判蛩惴ǖ脑敿?xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java實(shí)現(xiàn)拓?fù)渑判蛩惴ǖ馁Y料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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