• 数据结构和算法学习笔记十一:拓扑排序和关键路径代码实现


    一.简介

      关于拓扑排序和关键路径的理解见上一篇文章:数据结构和算法学习笔记十:图的拓扑排序和关键路径 - movin2333 - 博客园 (cnblogs.com).

      本文使用的图使用邻接表实现,邻接表的图实现代码见:数据结构和算法学习笔记六:图的相关实现 - movin2333 - 博客园 (cnblogs.com).

    二.代码

    /************************************
    * 创建人:movin
    * 创建时间:2021/7/20 8:35:37
    * 版权所有:个人
    ***********************************/
    using System;
    using System.Collections.Generic;
    using System.Text;
    
    namespace GraphCore
    {
        /// <summary>
        /// AOV网工具,提供对AOV网进行拓扑排序和关键路径计算的方法
        /// </summary>
        public class ActivityOnVertexNetworkUtil
        {
            /// <summary>
            /// 拓扑排序算法
            /// </summary>
            /// <param name="graph"></param>
            /// <param name="findAVertexCallback">将顶点加入拓扑序列后的回调</param>
            /// <returns></returns>
            public static int[] TopologicalSort(AdjacencyListGraph graph,Action<int,AdjacencyListVertex> findAVertexCallback = null)
            {
                //存储运算结果的数组
                int[] topologicalQueue = new int[graph.Count];
                //已经加入数组的顶点下标个数
                int hasFoundCount = 0;
                //已经遍历了边表的顶点个数
                int hasSearchedCount = 0;
                //将所有顶点的入度转存到一个数组中(为了不破坏原有的图数据)
                int[] allInDegree = new int[graph.Count];
                //初始化
                for (int i = 0; i < graph.Count; i++)
                {
                    allInDegree[i] = graph.vertices[i].InDegree;
                    //将入度为0的下标加入数组中
                    if(allInDegree[i] == 0)
                    {
                        topologicalQueue[hasFoundCount++] = i;
                    }
                }
                
                //循环遍历
                while(hasFoundCount != hasSearchedCount)
                {
                    var node = graph.vertices[hasSearchedCount].firstEdge;
                    while (node != null)
                    {
                        int tempIndex = node.vertexIndex;
                        allInDegree[tempIndex]--;
                        if(allInDegree[tempIndex] == 0)
                        {
                            topologicalQueue[hasFoundCount++] = tempIndex;
                        }
                        node = node.next;
                    }
                    if(findAVertexCallback != null)
                    {
                        findAVertexCallback(hasSearchedCount, graph.vertices[hasSearchedCount]);
                    }
                    hasSearchedCount++;
                }
                return topologicalQueue;
            }
            /// <summary>
            /// 关键路径算法
            /// </summary>
            /// <param name="graph"></param>
            /// <param name="findAArcCallback">找到一条在关键路径中的边后的回调</param>
            public static void CriticalPath(AdjacencyListGraph graph,Action<int,AdjacencyListEdgeNode> findAArcCallback = null)
            {
                //事件的最早开始时间
                int[] earliestTimeOfVertex = new int[graph.Count];
                //事件的最晚开始时间
                int[] latestTimeOfVertex = new int[graph.Count];
                //对顶点进行拓扑排序,得到排序后的顶点下标
                //顶点拓扑排序的回调函数中就直接遍历求得事件的最早开始时间
                int[] topologicalSortIndex = TopologicalSort(graph, (index, vertex) => 
                {
                    //初始化事件的最早开始事件,所有值置为0(可以不初始化,默认初始值就是0)
                    //earliestTimeOfVertex[index] = 0;
                    //遍历这个顶点的边表
                    for(AdjacencyListEdgeNode node = vertex.firstEdge;node != null;node = node.next)
                    {
                        int tempEarliestTimeOfVertex = earliestTimeOfVertex[index] + node.weight;
                        if(tempEarliestTimeOfVertex > earliestTimeOfVertex[node.vertexIndex])
                        {
                            earliestTimeOfVertex[node.vertexIndex] = tempEarliestTimeOfVertex;
                        }
                    }
                    //初始化事件的最晚开始时间,所有值置为最大值
                    latestTimeOfVertex[index] = int.MaxValue;
                });
                //拓扑序列最后一个顶点的最晚开始时间等于最早开始时间
                int lastVertexIndex = topologicalSortIndex[topologicalSortIndex.Length - 1];
                latestTimeOfVertex[lastVertexIndex] = earliestTimeOfVertex[lastVertexIndex];
                //逆序遍历拓扑序列,得到最晚开始时间,并计算弧的冗余时间
                for (int i = graph.Count - 2; i >= 0; i--)
                {
                    int currentVertexIndex = topologicalSortIndex[i];
                    for (AdjacencyListEdgeNode node = graph.vertices[currentVertexIndex].firstEdge;node != null;node = node.next)
                    {
                        int tempLatestTimeOfVertex = latestTimeOfVertex[node.vertexIndex] - node.weight;
                        if (tempLatestTimeOfVertex < latestTimeOfVertex[currentVertexIndex])
                        {
                            latestTimeOfVertex[currentVertexIndex] = tempLatestTimeOfVertex;
                        }
                        //计算并判断遍历到的弧的冗余时间
                        //冗余时间为0,这条弧在关键路径上,调用回调函数
                        if(tempLatestTimeOfVertex - earliestTimeOfVertex[currentVertexIndex] == 0 && findAArcCallback != null)
                        {
                            findAArcCallback(currentVertexIndex, node);
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/movin2333/p/15037558.html
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