拓扑排序的实现(python)

本文介绍了AOV网(Activity On Vertex Network)的概念,即用有向无环图来表示大型工程的子任务及其依赖关系。接着详细阐述了拓扑排序的原理和卡恩算法的实现步骤,通过实例展示了如何对AOV网进行拓扑排序。最后,给出了Python代码实现拓扑排序的过程,强调了检查图中是否存在环的重要性。

1 AOV网(Activity On Vertex Network)

一项大的工程常被分为多个小的子工程,子工程之间可能存在一定的先后顺序,即某些子工程必须在其他的一些子工程完成后才能开始。
在现代化管理中,人们常用有向图来描述和分析一项工程的计划和实施过程,子工程被称为活动(Activity)。以顶点表示活动、有向边表示活动之间的先后关系,这样的图简称为 AOV 网。
标准的AOV网必须是一个有向无环图(Directed Acyclic Graph,简称 DAG),如下图所示:
在这里插入图片描述

在该图中,B依赖于A的完成,C依赖于A的完成,D依赖于B的完成,E依赖于A的完成,F依赖于C、D、E的完成。

2 拓扑排序(Topological Sort)

拓扑排序是将 AOV 网中所有活动排成一个序列,使得每个活动的前驱活动都排在该活动的前面。比如上图的拓扑排序结果是:A、B、C、D、E、F 或者 A、B、D、C、E、F (结果并不一定是唯一的)。

2.1 实现思路

可以使用卡恩算法(Kahn于1962年提出)完成拓扑排序。卡恩算法的思路为:首先访问入度为0的顶点,也就是没有任何前驱依赖的节点,访问结束后删除这些节点和关联的边,并更新这些边末端到达顶点的入度;之后,再寻找未访问但入度为0的顶点,进行重复操作。示例如下:
在这里插入图片描述

我们先寻找入度为0的点,此时为A,访问其元素并删除该点与相关的边,相应的,更新这些表终点的入度。

在这里插入图片描述

此时存在多个入度为0的顶点,我们可以任意选一个,删除节点与边,在此选择C。

在这里插入图片描述

再选择B。

在这里插入图片描述

再选择E。

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