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C++ 实现图的拓扑排序(Kahn 算法)入度统计法与 BFS 核心源码方案【源码】

冬静君_2407

冬静君_2407

发布时间:2026-05-14 11:32:35

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来源于php中文网

原创

拓扑排序前必须检查图是否有环,Kahn算法通过比较输出顶点数与总顶点数判断环:若不等则存在环;需用std::vector维护入度数组和邻接表,边方向为v→u,核心循环仅取、删、更新,初始化须覆盖所有顶点。

c++ 实现图的拓扑排序(kahn 算法)入度统计法与 bfs 核心源码方案【源码】

拓扑排序前必须检查图是否有环

拓扑排序只对有向无环图(DAG)有效,Kahn 算法本身能顺便检测环——如果最终输出的顶点数少于图中总顶点数,说明存在环。indegree[v] 为 0 才入队,若某轮没新节点入队但还有未访问节点,就卡住了,环已实锤。别跳过这步验证,否则结果无效。

std::queue 和 std::vector 是最简可行组合

不需要手写链表或用 std::deque,std::queue(默认基于 std::deque)足够;入度数组用 std::vector<int></int>,索引即顶点编号(假设顶点编号为 0 到 n-1)。邻接表用 std::vector<:vector>></:vector>,比 std::map<int std::vector>></int> 更快且内存连续。

常见错误:把边方向搞反。Kahn 要求存的是「v → u」时,在邻接表中记录 adj[v].push_back(u),并在统计入度时做 indegree[u]++。方向错,入度全乱。

C++14
C++14

C++14 对 C++11 的修正与增强版本,适合旧系统维护和较老工具链兼容。

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核心循环里只做三件事:取、删、更新

每次从队列取一个入度为 0 的节点 v,加入结果序列;遍历所有 v 的直接后继 u;对每个 u 执行 indegree[u]--,若减到 0 就入队。没有额外判断、不重排、不回溯。

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  • 不要在循环中修改 adj[v] 或清空邻接表——边关系是只读的
  • 不要用 std::set 或排序保证字典序——Kahn 本身不保序,如需字典序最小解,改用 std::priority_queue 替代 std::queue
  • 入度数组初始化必须覆盖全部顶点,哪怕某顶点无边出入,也要显式设为 0

完整可运行片段(无依赖,C++11 起可用)

#include <vector>
#include <queue>
#include <iostream>

std::vector<int> kahnTopo(const std::vector<std::vector<int>>& adj, int n) {
    std::vector<int> indegree(n, 0);
    for (int v = 0; v < n; ++v) {
        for (int u : adj[v]) {
            indegree[u]++;
        }
    }

    std::queue<int> q;
    for (int v = 0; v < n; ++v) {
        if (indegree[v] == 0) q.push(v);
    }

    std::vector<int> result;
    while (!q.empty()) {
        int v = q.front(); q.pop();
        result.push_back(v);
        for (int u : adj[v]) {
            if (--indegree[u] == 0) {
                q.push(u);
            }
        }
    }

    if ((int)result.size() != n) {
        return {}; // 有环,返回空 vector
    }
    return result;
}

注意:返回空 std::vector<int></int> 表示环存在,调用方必须检查大小;顶点数 n 必须准确传入,不能靠 adj.size() 推断——孤立点不会出现在任何 adj[v] 中,但仍是图的一部分。

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