( “ 图 “ 之 拓扑排序 ) 210. 课程表 II ——【Leetcode每日一题】

文章介绍了LeetCode的一道中等难度题目,关于如何根据课程的先修关系安排学习顺序。通过拓扑排序(BFS)算法,可以找到可能的学习顺序。当存在环时,表示无法完成所有课程。文章提供了Java和C++的代码实现,并分析了时间复杂度为O(n+m),空间复杂度也为O(n+m)。

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❓210. 课程表 II

难度:中等

现在你总共有 numCourses 门课需要选,记为 0numCourses - 1。给你一个数组 prerequisites ,其中 prerequisites[i] = [ai, bi] ,表示在选修课程 ai 前 必须 先选修 bi

  • 例如,想要学习课程 0 ,你需要先完成课程 1 ,我们用一个匹配来表示:[0,1]

返回你为了学完所有课程所安排的学习顺序。可能会有多个正确的顺序,你只要返回 任意一种 就可以了。如果不可能完成所有课程,返回 一个空数组

示例 1:

输入:numCourses = 2, prerequisites = [[1,0]]
输出:[0,1]
解释:总共有 2 门课程。要学习课程 1,你需要先完成课程 0。因此,正确的课程顺序为 [0,1] 。

示例 2:

输入:numCourses = 4, prerequisites = [[1,0],[2,0],[3,1],[3,2]]
输出:[0,2,1,3]
解释:总共有 4 门课程。要学习课程 3,你应该先完成课程 1 和课程 2。并且课程 1 和课程 2 都应该排在课程 0 之后。
因此,一个正确的课程顺序是 [0,1,2,3] 。另一个正确的排序是 [0,2,1,3] 。

示例 3:

输入:numCourses = 1, prerequisites = []
输出:[0]

提示:

  • 1 <= numCourses <= 2000
  • 0 <= prerequisites.length <= numCourses * (numCourses - 1)
  • prerequisites[i].length == 2
  • 0 <= ai, bi < numCourses
  • ai != bi
  • 所有[ai, bi] 互不相同

💡思路:拓扑排序(BFS)

207. 课程表 解法相同:

  • 只不过在访问的过程中,存储访问顺序。

🍁代码:(Java、C++)

Java

class Solution {
    public int[] findOrder(int numCourses, int[][] prerequisites) {
         List<Integer>[] courList = new List[numCourses];
        for (int i = 0; i < numCourses; i++) {
            courList[i] = new ArrayList<>();
        }
        int[] inNum = new int[numCourses];//每个课程的入度数
        for(int[] p : prerequisites){//找到所有该前修课程之后的课程
            courList[p[1]].add(p[0]);
            inNum[p[0]]++;
        }
        Queue<Integer> q = new LinkedList<Integer>();//存储所有入度为0的课程
        int[] ans = new int[numCourses];//记录访问结果
        int cnt = 0;
        for (int i = 0; i < numCourses; i++) {
			if (inNum[i] == 0) {
				q.offer(i);
			}
		}
        while(!q.isEmpty()){//删除入度为0的点
            int curNum = q.poll();
            ans[cnt++] = curNum;
            for(int it : courList[curNum]){
                if(--inNum[it] == 0) q.offer(it);
            }
            courList[curNum].clear();
        }
        for(int num : inNum){//如果还存在入度不为0的点,则一定存在环
            if(num != 0) return new int[0];
        }
        return ans;
    }
}

C++

class Solution {
public:
    vector<int> findOrder(int numCourses, vector<vector<int>>& prerequisites) {
        vector<list<int>> courList(numCourses);
        vector<int> inNum(numCourses, 0);//每个课程的入度数
        for(auto p : prerequisites){//找到所有以该课程为前修课程的课程
            courList[p[1]].push_back(p[0]);
            inNum[p[0]]++;
        }
        queue<int> q;//存储所有入度为0的课程
        for (int i = 0; i < numCourses; i++) {
			if (inNum[i] == 0) {
				q.push(i);
			}
		}
        vector<int> ans;//记录访问结果
        while(!q.empty()){//删除入度为0的点
            int curNum = q.front();
            q.pop();
            ans.push_back(curNum);
            auto it = courList[curNum].begin();
            while(it != courList[curNum].end()){
                if(--inNum[*it] == 0) q.push(*it);
                it++;
            }
            courList[curNum].clear();
        }
        for(int num : inNum){//如果还存在入度不为0的点,则一定存在环
            if(num != 0) return {};
        }
        return ans;
    }
};
🚀 运行结果:

在这里插入图片描述

🕔 复杂度分析:
  • 时间复杂度 O ( n + m ) O(n + m) O(n+m),其中 n 为课程数,m为先修课程的要求数。
  • 空间复杂度 O ( n + m ) O(n + m) O(n+m)

题目来源:力扣。

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注: 如有不足,欢迎指正!
### LeetCode 拓扑排序经典题目解析 #### 1. **LeetCode 207. 课程表** 此题的核心在于判断给定的课程安排是否存在一种有效的拓扑排序[^1]。如果能够找到这样的一种排列,则表示不存在环路,课程可以顺利完成;反之则不可行。具体实现过程中需要用到邻接矩阵或邻接链表来构建结构,并通过Kahn算法(基于BFS)或者深度优先搜索(DFS)的方法来进行检测是否有环的存在。 ```cpp // Kahn's Algorithm Example Code Snippet for Problem 207 vector<int> findOrder(int numCourses, vector<vector<int>>& prerequisites) { vector<vector<int>> adj(numCourses); vector<int> indegree(numCourses, 0); for(auto &p : prerequisites){ adj[p[1]].push_back(p[0]); ++indegree[p[0]]; } queue<int> q; for(int i=0;i<numCourses;++i){ if(indegree[i]==0)q.push(i); } vector<int> res; while(!q.empty()){ int cur=q.front();q.pop(); res.push_back(cur); for(auto next:adj[cur]){ --indegree[next]; if(indegree[next]==0)q.push(next); } } return res.size()==numCourses?res:vector<int>(); } ``` --- #### 2. **LeetCode 210. 课程表 II** 这是对前一问题的进一步深化,不仅要求判定是否存在有效路径,还需要返回具体的选课顺序[^2]。同样可以通过拓扑排序的思想解决这个问题,区别只在于最后的结果呈现形式有所改变——当且仅当所有节点都被遍历过后才认为找到了合适的解决方案。 --- #### 3. **LeetCode 269. 外星语言词典** 虽然表面上看这道题似乎与字符串处理更加相关,但实际上它的本质依然是一个典型的拓扑排序应用场景之一[^3]。通过对单词之间的字母比较建立起字符间的相对大小关系网之后,就可以运用同样的技巧去还原整个外星文字母表应有的正确次序了。 --- #### 4. **其他涉及拓扑排序的相关练习建议** 除了以上列举出来的几个较为经典的案例之外,还有不少其他的习题也值得大家尝试练习以便更好地理解和掌握这一知识点的实际运用能力。比如像[ArcWing]848那样的基础入门级训练项目就非常适合初学者用来熟悉基本概念和技术要点[^1]。 ---
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