18734 拓扑排序

news2024/12/27 11:34:58

### 思路

1. **建模问题**:将课程和依赖关系建模为有向图,其中课程是节点,依赖关系是有向边。
2. **选择算法**:使用拓扑排序算法来确定课程的学习顺序。由于需要确保输出唯一性,同等条件下编号小的课程排在前面,可以使用优先队列(最小堆)来实现。
3. **初始化**:创建一个入度数组来记录每个节点的入度,并创建一个优先队列来存储入度为0的节点。
4. **更新节点**:从优先队列中取出当前入度为0的节点,将其加入结果序列,并更新其邻接节点的入度。如果邻接节点的入度变为0,将其加入优先队列。
5. **终止条件**:当优先队列为空时,输出结果序列。

### 伪代码

```
function topological_sort(n, m, edges):
    create an array in_degree of size n+1, initialized to 0
    create a graph as an adjacency list of size n+1
    create a priority queue pq
    create a list result

    for each (a, b) in edges:
        graph[a].append(b)
        in_degree[b] += 1

    for i from 1 to n:
        if in_degree[i] == 0:
            pq.push(i)

    while pq is not empty:
        u = pq.pop()
        result.append(u)
        for each v in graph[u]:
            in_degree[v] -= 1
            if in_degree[v] == 0:
                pq.push(v)

    return result
```

### C++代码

#include <iostream>
#include <vector>
#include <queue>

using namespace std;

vector<int> topological_sort(int n, int m, vector<pair<int, int>>& edges) {
    vector<int> in_degree(n + 1, 0);
    vector<vector<int>> graph(n + 1);
    priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> pq;
    vector<int> result;

    for (const auto& edge : edges) {
        int a = edge.first;
        int b = edge.second;
        graph[a].push_back(b);
        in_degree[b] += 1;
    }

    for (int i = 1; i <= n; ++i) {
        if (in_degree[i] == 0) {
            pq.push(i);
        }
    }

    while (!pq.empty()) {
        int u = pq.top();
        pq.pop();
        result.push_back(u);
        for (int v : graph[u]) {
            in_degree[v] -= 1;
            if (in_degree[v] == 0) {
                pq.push(v);
            }
        }
    }

    return result;
}

int main() {
    int n, m;
    cin >> n >> m;
    vector<pair<int, int>> edges(m);
    for (int i = 0; i < m; ++i) {
        int a, b;
        cin >> a >> b;
        edges[i] = {a, b};
    }

    vector<int> result = topological_sort(n, m, edges);
    for (int course : result) {
        cout << course << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

### 总结

1. **问题建模**:将课程和依赖关系建模为有向图,使用拓扑排序算法求解课程学习顺序。
2. **算法选择**:使用拓扑排序算法,利用优先队列(最小堆)确保输出唯一性。
3. **实现细节**:初始化入度数组和优先队列,逐步更新节点的入度并维护优先队列。
4. **终止条件**:当优先队列为空时,输出结果序列。

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