学习笔记:拓扑排序c++两种模板

本文提供洛谷P4017最大食物链计数题目的两种解题思路,包括一种类似广度优先搜索的方法和另一种深度优先搜索的策略。通过对题目进行详细解析,展示如何利用图论知识解决实际问题。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

洛谷经典题目:

P4017 最大食物链计数 - 洛谷 | 计算机科学教育新生态 (luogu.com.cn)icon-default.png?t=M85Bhttps://www.luogu.com.cn/problem/P4017

模板一(类似于广搜,平常大多用的都是广搜):

#include<iostream>
#include<cstring>
#include<vector>
#include<queue>
using namespace std;
const int mod=80112002;
int n,m;
int dp[5001];
int indegree[5001],oudegree[5001];
vector<int> g[5001];
void toposort(){
	queue<int> q;
	for(int u=1;u<=n;u++)
		if(!indegree[u]){
			q.push(u);
			dp[u]=1;
	}
	while(!q.empty()){
		int u=q.front();
		q.pop();
		for(int i=0;i<g[u].size();i++){
			int v=g[u][i];
			indegree[v]--;
			if(!indegree[v])
				q.push(v);
			dp[v]+=dp[u];
			dp[v]%=mod;
		}
	} 
}
int main()
{
   	cin>>n>>m;
   	for(int i=1;i<=m;i++){
   		int u,v;
   		cin>>u>>v;
   		g[u].push_back(v);
   		indegree[v]++;
   		oudegree[u]++;
	   }
	toposort();
	long long ans=0;
	for(int u=1;u<=n;u++)
		if(!oudegree[u])
			ans=(ans+dp[u])%mod;
	cout<<ans;
}

模板二(在竞赛入门经典书里面学到的,深搜):

#include<iostream>
#include<cstring>
#include<vector>
using namespace std;
const int mod=80112002;
int n,m,t;
int dp[5001];
int vis[5001],indegree[5001],oudegree[5001];
vector<int> g[5001];

bool dfs(int u){
	vis[u]=-1;
	for(int i=0;i<g[u].size();i++){
		int v=g[u][i];
		if(vis[v]<0) return false;
		if(!vis[v]&&!dfs(v)) return false;
		dp[u]=(dp[v]+dp[u])%mod;
	}
	vis[u]=1;
	return true;
}
bool toposort(){
	t=n;
	for(int u=1;u<=n;u++) if(!vis[u]){
		if(!dfs(u)) return false;	
	}
	return true;
}
int main()
{
   	cin>>n>>m;
   	for(int i=1;i<=m;i++){
   		int u,v;
   		cin>>u>>v;
   		g[u].push_back(v);
   		indegree[v]++;
   		oudegree[u]++;
	   }
	for(int u=1;u<=n;u++)
		if(!oudegree[u]) dp[u]=1;
	toposort();
	long long ans=0;
	for(int u=1;u<=n;u++)
		if(!indegree[u])
			ans=(ans+dp[u])%mod;
	cout<<ans;
}

### C++ 拓扑排序实现 拓扑排序是一种针对有向无环图(Directed Acyclic Graph, DAG)的操作方法,其目的是将图中的节点按某种线性顺序排列,从而满足所有的前驱约束条件。如果图中存在环,则无法完成拓扑排序[^4]。 以下是 Kahn 算法的 C++ 实现代码示例: ```cpp #include <iostream> #include <vector> #include <queue> using namespace std; // 函数声明:执行拓扑排序并返回结果 vector<int> topologicalSort(int V, vector<vector<int>>& adj) { vector<int> indegree(V, 0); // 记录每个节点的入度 queue<int> q; // 辅助队列存储当前入度为零的节点 vector<int> result; // 存储最终的结果序列 // 初始化所有节点的入度 for (int i = 0; i < V; ++i) { for (auto &neighbor : adj[i]) { indegree[neighbor]++; } } // 将初始入度为零的节点加入队列 for (int i = 0; i < V; ++i) { if (indegree[i] == 0) { q.push(i); } } // 开始 BFS 过程 while (!q.empty()) { int node = q.front(); q.pop(); result.push_back(node); // 更新邻居节点的入度 for (auto &neighbor : adj[node]) { indegree[neighbor]--; if (indegree[neighbor] == 0) { // 如果某个节点入度变为零,将其加入队列 q.push(neighbor); } } } // 若结果长度小于总节点数,则说明图中有环 if (result.size() != V) { return {}; // 返回空表示无法完成拓扑排序 } return result; } int main() { int V = 6; // 节点数量 vector<vector<int>> adj(V); // 邻接表表示图结构 // 添加边 adj[5].push_back(2); adj[5].push_back(0); adj[4].push_back(0); adj[4].push_back(1); adj[2].push_back(3); adj[3].push_back(1); vector<int> sortedOrder = topologicalSort(V, adj); if (sortedOrder.empty()) { cout << "Graph contains a cycle and cannot be topologically sorted." << endl; } else { cout << "Topological order is: "; for (auto &node : sortedOrder) { cout << node << " "; } cout << endl; } return 0; } ``` 上述代码实现了基于 Kahn 算法的拓扑排序功能。该算法通过维护一个记录各节点入度的数组 `indegree` 来判断哪些节点可以被放入结果集中。当某一节点的所有前驱都被移除后,它的入度降为零,此时可将其加入到结果集或辅助队列中继续扩展[^1]。 #### 时间复杂度分析 此算法的时间复杂度主要由两部分组成:初始化阶段计算所有节点的入度以及后续遍历过程中更新邻近节点的入度操作。总体时间复杂度为 O(V + E),其中 V 表示节点的数量,E 表示边的数量[^3]。 #### 特殊情况处理 需要注意的是,在实际应用中可能会遇到含有环路的图。在这种情况下,由于某些节点始终无法达到入度为零的状态,因此它们不会进入结果集合,最终导致结果大小不足预期值。这种情形下应报告错误提示用户输入数据存在问题[^5]。
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