1. 程式人生 > >有向無環圖的拓撲排序

有向無環圖的拓撲排序

拓撲排序只能用於無環圖。

// 頂點
class Vertex3 {
    char label;
    boolean visited;

    public Vertex3(char label) {
        this.label = label;
        visited = false;
    }

}

public class Topo {
    private final int maxVer = 20;// 最大頂點數
    private int[][] adjMat;// 鄰接矩陣
    private Vertex3[] vertex;// 頂點陣列
    private int curVer;// 當前頂點數
    public Topo() {
        curVer = 0;
        vertex = new Vertex3[maxVer];
        adjMat = new int[maxVer][maxVer];
        for (int i = 0; i < maxVer; i++)
            for (int j = 0; j < maxVer; j++)
                adjMat[i][j] = 0;
    }

    // 新增頂點
    public void addVer(char label) {
        vertex[curVer++] = new Vertex3(label);
    }

    // 新增有向邊,不是雙向
    public void addAdj(int i, int j) {
        if (i == j)
            return;
        adjMat[i][j] = 1;
    }

    public void displayVer(int index) {
        System.out.print(vertex[index].label);
    }


    // 拓撲排序:只能用於有向無環圖
    // 先找到一個起始點,找後繼點,“刪除”起始點,迴圈進行。該方法效率低,不如直接刪除點好吧。
    public void topo() {
        int temp = curVer;
        while (temp > 0) {
            int first = findFirst();
            if (first == -1) {
                System.out.println("\nloop(s) occur");
                return;
            }
            displayVer(first);
            vertex[first].visited = true;
            temp--;
        }
        for(int i=0;i<curVer;i++)
            vertex[i].visited=false;
    }
    //找到一個點,沒有其他點指向它或指向它的點都訪問過了,說明該點是找到的一個新起點
    private int findFirst() {
        a: for (int i = 0; i < curVer; i++) {
            for (int j = 0; j < curVer; j++) {
                if (adjMat[j][i] == 1 && vertex[j].visited == false)
                    continue a;
            }
            if (vertex[i].visited == false)// 不取重複值
                return i;
        }
        return -1;// 說明有環,沒有環的單向圖是一定有起始點的
    }

    public static void main(String[] args) {
        Topo g = new Topo();
        g.addVer('A');
        g.addVer('B');
        g.addVer('C');
        g.addVer('D');
        g.addAdj(0, 1);
        g.addAdj(0, 2);
        g.addAdj(1, 2);
        g.addAdj(2, 3);
        g.addAdj(3, 1);
        g.topo();
    }
}

//書上拓撲排序程式碼
// 頂點
class Vertex_1 {
    char label;

    public Vertex_1(char label) {
        this.label = label;
    }

}

public class Graph_2 {
    char[] sortedArray;
    private final int maxVer = 20;// 最大頂點數
    private int[][] adjMat;// 鄰接矩陣
    private Vertex_1[] vertex;// 頂點陣列
    private int curVer;// 當前頂點數

    public Graph_2() {
        sortedArray = new char[maxVer];
        curVer = 0;
        vertex = new Vertex_1[maxVer];
        adjMat = new int[maxVer][maxVer];
        for (int i = 0; i < maxVer; i++)
            for (int j = 0; j < maxVer; j++)
                adjMat[i][j] = 0;
    }

    // 新增頂點
    public void addVer(char label) {
        vertex[curVer++] = new Vertex_1(label);
    }

    // 新增有向邊
    public void addAdj(int i, int j) {
        if (i == j)
            return;
        adjMat[i][j] = 1;
    }

    public void displayVer(int index) {
        System.out.print(vertex[index].label);
    }

    // 拓撲排序:只能用於有向無環圖
    // 先找到一個起始點,找後繼點,刪除起始點,迴圈進行
    public void topo() {
        int temp = curVer;
        while (curVer > 0) {
            int first = noSuccessors();
            if (first == -1) {
                System.out.println("\n graph has cycles");
                return;
            }
            sortedArray[curVer - 1] = vertex[first].label;// 將圖的末端點從後往前放入陣列
            deleteVer(first);
        }
        for (int i = 0; i < temp; i++)
            System.out.print(sortedArray[i]);
        System.out.println();
    }

    // 2個操作:第一步將頂點刪除,第二步以要刪除點為開頭和結尾的臨接矩陣元素刪除,即矩陣收縮一維(要用的變少了而已)
    private void deleteVer(int index) {
        if (index != curVer - 1) {
            for (int j = index; j < curVer - 1; j++)
                vertex[j] = vertex[j + 1];// 從要刪除的位置開始左移
            for (int row = index; row < curVer - 1; row++)
                moveRowUp(row, curVer);
            for (int col = index; col < curVer - 1; col++)
                moveColLeft(col, curVer - 1);// 因為上一個迴圈的原因,此時可以少移動一列
        }
        curVer--;
    }

    private void moveColLeft(int col, int length) {
        for (int row = 0; row < length; row++)
            adjMat[row][col] = adjMat[row][col + 1];

    }

    private void moveRowUp(int row, int length) {
        for (int col = 0; col < length; col++)
            adjMat[row][col] = adjMat[row + 1][col];

    }

    // 返回沒有後繼點的頂點,即圖的末端,插入陣列時正好從陣列後面開始放
    private int noSuccessors() {
        boolean isEdge;
        for (int row = 0; row < curVer; row++) {
            isEdge = false;
            for (int col = 0; col < curVer; col++) {
                if (adjMat[row][col] > 0) {
                    isEdge = true;
                    break;
                }
            }
            if (!isEdge)
                return row;
        }
        return -1;
    }
    //WarShall演算法,將臨接矩陣修改,不論一步或多步,只要一個頂點能到達另一個頂點,相應矩陣元素設為1
    //如A到B,B到C,那麼A到C為1
    public void WarShall(){
        for(int y=0;y<curVer;y++){//行
            for(int x=0;x<curVer;x++){//列
                if(adjMat[y][x]==1)
                for(int z=0;z<curVer;z++){//z代表x那一列
                    if(adjMat[x][z]==1)
                        adjMat[y][z]=1;
                }
                else continue;
            }
        }
        for(int i=0;i<curVer;i++){
            for(int j=0;j<curVer;j++)
            System.out.print(adjMat[i][j]+" ");
            System.out.println();
        }
        
    }
    public static void main(String[] args) {
        Graph_2 g = new Graph_2();
        g.addVer('A');
        g.addVer('B');
        g.addVer('C');
        g.addVer('D');
        g.addVer('E');
        g.addVer('F');
        g.addVer('G');
        g.addVer('H');
        g.addAdj(0, 3);
        g.addAdj(0, 4);
        g.addAdj(1, 4);
        g.addAdj(2, 5);
        g.addAdj(3, 6);
        g.addAdj(4, 6);
        g.addAdj(5, 7);
        g.addAdj(6, 7);
        //g.topo();// BAEDGCFH
        g.WarShall();//對拓撲排序好像無影響
        g.topo();// BAEDGCFH
    }
}