关键路径问题

名人说：莫听穿林打叶声，何妨吟啸且徐行。—— 苏轼《定风波·莫听穿林打叶声》
本篇笔记整理：Code_流苏(CSDN)（一个喜欢古诗词和编程的Coder😊）

目录

• 关键路径问题
• • • 〇、概念说明
    • • 1、AOE网
      • 2、关键路径
    • 一、问题描述
    • 二、问题求解
    • • ①求事件v最早发生的时间 ve(i)
      • ②求事件v最晚发生的时间 vl(i)
      • ③求活动a最早开始时间e(i)
      • ④求活动a最迟开始时间l(i)
      • ⑤求时间余量（d(i)）
    • 三、扩展解法

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〇、概念说明

1、AOE网

在带权有向图中，以顶点表示事件，以有向边表示活动，以边上的权值表示完成该活动的开销（如完成活动所需的时间），称之为用边表示活动的网络，简称AOE网。

在AOE网中仅有一个入度为0的顶点，称为开始顶点（源点），它表示整个工程的开始；也仅存在一个出度为0的顶点，称为结束顶点（汇点），它表示整个工程的结束。

2、关键路径

在AOE网中，有些活动是可以并行进行的。从源点到汇点的有向路径可能有多条，并且这些路径长度可能不同。完成不同路径上的活动所需的时间虽然不同，但是只有所有路径上的活动都已完成，整个工程才能算结束。因此，从源点到汇点的所有路径中，具有最大路径长度的路径称为关键路径，而把关键路径上的活动称为关键活动。

（以上概念参考自王道数据结构）

在了解了这些基础概念之后，我们来看一下下面的问题，加深一下理解。

一、问题描述

【2022统考真题】下面是一个有10个活动的AOE图，时间余量最大的活动是（）

• A.c
• B.g（✔）
• C.h
• D.j

二、问题求解

该类问题的步骤简要来说为以下五步：

• 1️⃣求事件v最早发生的时间 ve(i) 【正向、事件、顶点】、
• 2️⃣求事件v最晚发生的时间 vl(i) 【逆向、事件、顶点】
• 3️⃣求活动a最早开始时间e(i) 【正向、活动、有向边】
• 4️⃣求活动a最迟开始时间l(i) 【逆向、活动、有向边】
• 5️⃣求时间余量d(i)【 l(i) - e(i) 】

✔ 补充：求时间余量其实就是求4和3的差值（用d(i)来表示），这个差值也就是该活动完成的时间余量。
如果时间余量为0，说明该活动是关键活动，没有缓冲延迟的时间，必须要如期完成。

接下来对以上五个步骤从上到下依次展开计算，具体如下：

①求事件v最早发生的时间 ve(i)

求所有事件的最早发生时间ve[i]，按照拓扑排序序列，依次求各个顶点的ve；

设置ve[1]=0，ve[i]=Max {ve[j]+weight(vj,vi)}，vj为vi的任意前驱，weight则表示<vj,vi>上的权值。

根据上面的AOE图，可得其拓扑排序序列为：1、2、3、4、5、6。
从源点到汇点顺着来推导事件（顶点）的最早发生事件ve。

ve(1) = 0

由图可以得出
ve(2) = 0+2 = 1

ve(3) = Max{ve(2)+1，ve(1)+5} = Max{3,5} = 5
…

依次类推，可得表格中所示数据：

	1	2	3	4	5	6
ve(i)	0	2	5	8	9	12

②求事件v最晚发生的时间 vl(i)

求所有事件的最迟发生时间vl[i]，按照逆拓扑排序序列，依次求各个顶点的vl；设置vl[汇点]=ve[汇点]，vl[i]=Min {vl[j]-weight(vi,vj)}，vi为vj的任意前驱。

根据①中所得的拓扑排序，可得逆拓扑排序序列为：6、5、4、3、2、1
从汇点到源点逆着来推导事件(顶点)的最晚发生时间vl。

vl(6) = ve(6) = 12

vl(5) = 12 - 1 = 11

vl(4) = Min {vl(5)-1,vl(6)-4}= Min{10,8} = 8
…
依次类推，最终可得：

	1	2	3	4	5	6
vl(i)	0	4	5	8	11	12

③求活动a最早开始时间e(i)

求所有活动的最早开始时间e[i]，若边<vi,vj>表示活动i，则有e[j]=ve[i]。
从源点到汇点推导活动（有向边）的最早发生时间e。

e(a) = ve(1) = 0

e(b) = ve(1) = 0

e(c ) = ve(2) = 2
…
依次类推，最终可得：

	a	b	c	d	e	f	g	h	i	j
e(i)	0	0	2	2	5	5	5	8	8	9

④求活动a最迟开始时间l(i)

求所有活动的最迟开始时间l，若边<vi,vj>表示活动i，则有l[i]=vl[j]-weight(vi,vj)。
从汇点到源点推导活动（有向边）的最晚发生时间l。

l(j) = vl(6) - 1 = 12 - 1 = 11

l(i) = vl(6) - 4 = 12 - 8 = 4

l(h) = vl(5) - 1 = 11 - 1 = 10
…
依次类推，最终可得l的值如下表：

	a	b	c	d	e	f	g	h	i	j
l(i)	2	0	4	5	5	7	11	10	8	11

⑤求时间余量（d(i)）

最后，让l(i)-e(i)得到d(i)
d(a) = l(a) - e(a) = 2 - 0 = 2
d(b) = l(b) - e(b) = 0 - 0 = 0
…
依次类推，即可得出我们要求的时间余量d：

	a	b	c	d	e	f	g	h	i	j
d(i)	2	0	2	3	0	2	6	2	0	2

整体表格如下：

	a	b	c	d	e	f	g	h	i	j
e(i)	0	0	2	2	5	5	5	8	8	9
l(i)	2	0	4	5	5	7	11	10	8	11
d(i)	2	0	2	3	0	2	6	2	0	2

根据表格中所得，时间余量最大的活动是 g，余量为6。

那么问题来了，有没有其它一些简便一些的算法呢？

三、扩展解法

扩展解法思路参考自一位博主写的408真题篇：2022 408真题数据结构篇，个人进行了改善。

可以借助贪心算法的思想来选择。

可以先找出里面最长的几条边构造关键路径，b=5、f=4、i=4、d=3、e=3，枚举到这里就差不多了，我们发现 b=5、e=3、i=4 已经能将起点终点连通了。

假设这就是起点到终点的最长路径，下面开始看看起点到终点的最短路径 a=2、c=1、g=1，我们可以观察到反差最明显的，就是路径3 -> 6 可以分解为3->4->6，g 的时间余量明显是很大的。

但是要注意的是，这种贪心解法高效，但是正确率并非 100%。

• 如果想保证正确率，第一种解法较为妥当；
• 如果追求高效，可以从尝试一下贪心或者其它算法的求解方法。

以上就是本文的全部内容，感谢观看！

Code_流苏(CSDN)（一个喜欢古诗词和编程的Coder）
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