貪心演算法 拓撲排序

2021-08-02 09:39:02 字數 1956 閱讀 5348

關於貪心演算法介紹:

乙個複雜的工程,經常可以分解成一組簡單一些的任務,這些任務完成了,整個工程就完成了。例如汽車組裝問題可以分解成:底盤安裝、車軸安裝、車輪安裝、座位安裝、噴漆、剎車安裝、車門安裝等。但是這些任務之間有個先後順序,例如車軸安裝之前先要進行底盤安裝。

類似的問題,可以將任務和人物的先後順序用有向圖表示——稱為頂點活動網路,頂點代表乙個任務,有向邊(i,j)代表任務i要在任務j之前完成。下圖就是乙個工程,它有6個任務,邊(1,3)表示任務1要在任務3開始前完成,邊(4,6)表示任務4要在任務6之前完成。

這樣就形成了乙個任務序列,對有向圖的任意一條邊(i,j),在這個序列中,任務i一定出現在任務j之前,具有這種性質的序列叫做拓撲序列(topological order),根據有向圖建立拓撲序列的過程稱為拓撲排序(topological sorting)。

對於這樣乙個有向圖有若干個拓撲序列,如1-2-3-4-5-6,1-3-2-4-5-6,2-1-3-4-5-6等。

我們可以通過從左到右分步構造拓撲序列,每一步選擇乙個新頂點加入到序列中。選擇新頂點的貪心準則:從剩餘的頂點中選擇乙個頂點w,所有鄰接於它的頂點都在序列中。

演算法步驟:

令n表示有向圖的頂點數

令theorder表示空虛列

while(true)

if(theorder的頂點數小於n)

演算法失敗

else

theorder是乙個拓撲序列

針對上圖,使用這樣乙個演算法:

從theorder是乙個空序列開始,第一步選擇插入theorder序列的第乙個頂點,頂點1和2都滿足貪心準則。若選擇1,則theorder;第二步插入第二個頂點,這時有兩個個候選頂點2,3。若選擇3,則theorder;第三步選擇第三個頂點,候選頂點只有2,則theorder;第四步候選頂點為4和5,如果選擇4,則theorder;第五步只有乙個候選頂點5,第六步最後乙個頂點6,則theorder。

資料結構選擇:

用乙個一維陣列表示theorder,儲存拓撲序列;用乙個棧儲存可以加入theorder的候選頂點; 用乙個一維陣列indegree儲存每個頂點的實時入度,indegree[j]表示不在theorder中但鄰接於頂點j的數目。每次向theorder中新增,乙個頂點時,所有鄰接於此頂點的頂點j,thedegree[j]減1,當indegree變成0時,表示頂點j成為候選頂點。

函式是圖的graph抽象類的成員函式,使用到的介面包括:

directed():確定圖是否是有向圖

numberofvertices():返回圖的頂點數

vertexiterator類:創造乙個頂點的迭代器,其next()成員返回鄰接於改頂點的下乙個頂點。

arraystack是用陣列描述的棧,介面:

push(i):將i壓入棧

pop(),刪除棧頂元素

bool topologicalorder(int *theorder)

//把入邊數加入到棧中

arraystack stack;

for (int i = 1; i <= n; ++i)

if (indegree[i] == 0)

stack.push(i);

//生成拓撲序列

int j = 0;

while (!stack.empty())

}return (j == n);

}

複雜度分析:

計算入度的for迴圈的時間複雜度為o(n2);生成拓撲序列的外部while迴圈的時間複雜度為o(n),內層巢狀的while迴圈的時間複雜度為o(n),所以總的時間複雜度為o(n2)。故此演算法的時間複雜度為o(n2)。

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