求字典序最大/最小的拓撲排序

要找到一個字典序最大或最小的拓撲排序,我們需要遍歷所有可能的排列,並選擇字典序最大的或最小的排列。對於有向圖,拓撲排序的主要思想是找到所有節點的入度,將入度為0的節點放入結果序列中,然後從所有未處理節點中選擇一個,使其所有出邊都指向入度為0的節點,如果這個節點未被處理,則處理它並將其加入結果序列中。重複這個過程直到所有節點都被處理。

為了找到字典序最大或最小的拓撲排序,我們可以按照以下步驟進行:

  1. 初始化一個空的結果列表和一個空棧。
  2. 遍歷所有的節點,如果節點的入度為0,將其添加到結果列表中。
  3. 從結果列表中選出一個最大的節點或最小的節點(取決於我們想要的是最大還是最小)。如果所有的節點都被處理了,那麼這個步驟就會結束。
  4. 對於每一個與最大節點相鄰的節點,將其添加到結果列表中,並從棧中彈出這個節點。重複這個步驟直到棧為空或者所有的節點都被處理。
  5. 重複步驟2-4,直到所有的節點都被處理。

這個算法的時間複雜度是O(n),其中n是節點的數量。這是因為我們需要遍歷所有的節點一次來找到入度為0的節點,然後我們需要對結果列表進行排序或者選擇一個最小值,這個操作的時間複雜度是O(nlogn)。

對於字典序最大或最小的拓撲排序,我們需要在步驟3中選擇一個最大的節點或最小的節點。我們可以使用Python中的max函式來找到最大的節點,或者使用min函式來找到最小的節點。具體選擇哪個函式取決於我們想要的是最大還是最小。

下面是一個Python代碼示例:

from collections import defaultdict, deque
from heapq import heappop, heappush

def topological_sort(graph):
    # 初始化入度為0的節點列表和結果列表
    indegree = defaultdict(int)
    result = []
    for node in graph:
        for neighbor in graph[node]:
            indegree[neighbor] += 1

    # 將入度為0的節點添加到結果列表中
    for node in indegree:
        if indegree[node] == 0:
            result.append(node)

    # 選擇最大的節點或最小的節點(取決於我們想要的是最大還是最小)
    if True:  # 根據需要選擇最大或最小
        max_node = max(result)  # 使用max函式選擇最大的節點
    else:  # 使用其他方式選擇最小的節點
        min_node = min(result)  # 使用min函式選擇最小的節點

    # 創建結果堆疊和鄰居堆疊
    heap = deque()  # 結果堆疊,存儲未處理的節點
    neighbors = defaultdict(list)  # 存儲每個節點的鄰居堆疊,存儲已處理的節點的鄰居節點
    for node in result:
        for neighbor in graph[node]:
            neighbors[neighbor].append(node)

    # 處理鄰居堆疊中的所有節點,直到堆疊為空或所有節點都被處理
    while neighbors:
        # 將未處理的鄰居節點的堆疊堆疊到結果堆疊上(可以移除這步)
        heap.extendleft(neighbors[heappopleft(neighbors)])
        while neighbors:  # 如果有與最大/最小節點的相鄰節點,添加到結果堆疊中
            neighbor = neighbors[heappop(neighbors)]  # 彈出相鄰節點堆疊的第一個元素(可能是最大/最小節點的鄰居)並檢查其入度是否為0
            if indegree[neighbor] == 0:  # 如果入度為0且沒有在其他堆疊中出現過(意味著是當前拓撲排序的結果),添加到結果堆疊中
                heap.append(neighbor)  # 將鄰居節點的堆疊中的元素添加到結果堆疊中(移除這步)
                break  # 繼續彈出剩餘的鄰居堆疊元素(如果有的話)直到堆疊為空或所有鄰居都被處理
    return result  # 返回結果列表(拓撲排序)

請注意,上述代碼中的graph是一個字典,它的鍵是節點名稱,值是與該節點相鄰的節點的列表。如果圖中不存在從nodeneighbor的邊,那麼graph[node].index(neighbor)將返回-1。此外,上述代碼假設輸入圖是連通的(即不存在孤立節點)。如果圖中存在孤立節點並且需要處理它們,那麼需要稍微