【数据结构】图论——AOV和AOE(拓扑排序、存放表达式、关键活动、关键路径)

目录

AOV和AOE

AOV 有向无环图及其应用(拓扑结构)

AOV网------用顶点 表示活动 ,用 表示活动间优先关系有向图 称为顶点表示活动的网(Activity On Vertex network),简称AOV网

AOV网中不允许有回路,这意味着某项活动以自己为先决条件
拓扑排序 ------把AOV网络中各顶点 按照它们相互之间的优先关系 排列成一个线性序列的过程

检测AOV网中是否存在环 方法:对有向图 构造其顶点拓扑有序序列 ,若网中所有顶点 它的拓扑有序序列 中,则该AOV网必定不存在环

拓扑排序算法

  1. 选一个入度为0的顶点,输出;
  2. 删除该顶点以及由它出发的所有边
  3. 重复步骤1、2,直到全部顶点输出或不再存在入度为0的顶点;
  4. 若图中还有剩余顶点未被删除,说明图中有回路,不是一个AOV网

AOV网的拓扑序列不唯一

拓扑排序能够检测图中是否有环存在

图采用邻接表 存放;计算所有顶点的入度,存放于一维数组中;

cpp 复制代码
// 结构体
#define MAXSIZE 100
typedef struct ArcNode{
	int vex;
	struct ArcNode* link;
} ArcNode; //弧

typedef struct VNode{ 
	VertexType data;//顶点信息的数据类型  
	int id; //顶点的入度
	ArcNode* firstarc;
}VNode; //顶点  顶点信息数组

typedef struct {
	VNode arc[MAXSIZE];
	int vexnum,arcnum;
	//有向图
}Graphs;

算法:

cpp 复制代码
int topsort(Graphs T){ 
//图 T
	int q[MAXSIZE], count, h=t=0;//队列指针初始化
	//q为队列  用数组 顺序队列
	ArcNode * p; // 弧
	int u,v;
	
	//1.计算所有顶点入度,将入度为0 的顶点放入队列; count=0;
	
	for(v=0;v<T.vexnum;v++) //遍历所有顶点
		T.arcs[v].id=0;//初始化
		
	for (v=0;v<T.vexnum;v++) 
		for(p=T.arc[v].firstarc; p!=Null; p=p->link){
			
			u=p->vex;        //节点的信息存放的位置
			T. arc[u].id++;  //计算每个节点的入度
		}
		
		
	for (v=0;v<T.vexnum;v++)// 将入度为零的节点 入队
		if (T. arc[v].id==0) 
		
			q[t++]=v;//自己加判断队列是否会溢出!

//开始拓扑排序
	while (h!=t ){ 	//队列是否为空
		v=q[h++]; //位置信息出队
		printf("%d",v);//打印该位置信息的节点 v是位置信息 此处打印的是位置
		count++;	//计数
		
		for(p=T.arc[v].firstarc; p!=Null;p=p->link){ 
		//循环读取的是v节点 出度的所有节点
			u=p->vex;
			T. arc[u].id--;
			
			if (T. arc[u].id==0) 
				q[t++]=u;//加判断队列是否会溢出!
			}//每读取一个 就入队下一个

	}
	
	//
	if (count<T.vexnum){//如果有节点没有被遍历到过 说明该图不是 联通图
		printf("There is a cycle");
		return 0;
	}
	else 
		return 1;
				
}

//总的时间复杂度为o(n+e)

有向无环图的应用------存放表达式

中缀表达式 即运算符在操作数之间的表达式,常见表达式均为中缀表达式
后缀表达式 也叫逆波兰式
前缀表达式 也叫波兰式

二叉树存放表达式

二叉树存放表达式 :

波兰式: +*dj/e+hi

中缀表示: d*j+e/(h+i)

逆波兰式: dj*ehi+/+

图存放表达式

图存放表达式可以优化公共子表达式,实现公共子表达式共享
特点:只有一个入度为0的顶点

cpp 复制代码
//构造逆波兰式的算法

Void s1(Graphs G){
	int id[MAXSIZE];
	for(v=0;v<G.vexnum;v++) 
		id[v]=0; 
		for (v=0;v<G.vexnum;v++)
			for(p= G.arc[v].firstarc; p; p=p->link){
				u=p->vex;
				id[u]++;
			} 
			for (v=0;v<G.vexnum;v++)
				if(id[v]==0)
					nibolan(G,v);
}

void nibolan(Graphs G,int v){
	//从顶点v出发构造逆波兰式
	if(G.arc[v].firstarc==NULL)
		printf("%c",G.arc[v].data);
		
	else {
	
		p=G.arc[v].firstarc; 
		w=p->vex; 
		nibolan(G,w);
		
		p=p->link;
		w=p->vex;
		nibolan(G,w);
		
		printf("%c",G.arc[v].data);
	}
}
//??

AOE 有向无环图及其应用------关键路径

AOE网:表示工程计划的有向图 ,其中,顶点表示事件 ,弧表示活动 ,弧上的权值表示完成一项活动需要的时间

AOE网中的某些活动可以并行 进行,完成工程的最短时间 是从开始顶点到完成顶点的最长路径长度路径长度最长 的路径为关键路径关键路径所有活动 都叫做关键活动

求解关键路径关键活动通过事件的最早、最迟发生时间、活动的最早、最迟发生时间完成。

只有在某顶点 代表的事件 发生后,从该顶点 发出去的代表的各项活动 才能开始

只有进入 某顶点的各条弧代表的活动 都已经结束,该顶点所代表的事件才能发生 (*)

1. 事件的最早发生时间

使用一维数组ve[]来保存每一事件的最早发生时间。

事件 v i v_i vi的最早发生时间ve[i]是从开始顶点 v 1 v_1 v1到顶点 v i v_i vi的最长路径长度

事件(顶点)最早发生时间的计算方法:

从开始顶点 v 1 v_1 v1出发,令ve[1]=0,按拓扑有序其余各顶点 的最早发生时间ve[k](2≤k≤n)

ve[k] = max{ve[j]+dut(<j,k>): <j,k>∈S},dut(<j,k>)表示活动<j,k>的所需的时间,其中S是以顶点v_k为弧头的所有弧的集合。

2. 事件允许的最晚发生时间

一维数组vl []保存每一事件允许的最晚发生时间

事件 v i v_i vi允许的最晚发生时间 vl[i]是在保证完成顶点 v n v_n vn在ve[n]时刻发生的前提下,事件 v i v_i vi允许发生的最晚时间 ,它等于ve[n]减去 v i v_i vi到 v n v_n vn的最长路径长 度。

事件(顶点)允许的最晚发生时间的计算方法:

从完成顶点 v n v_n vn出发,令vl[n]=ve[n],按逆拓扑有序求其余各顶点的允许的最晚发生时间vl[i] (n-1≥i≥1)
vl[i]=min{vl[k]-dut(<i,k>): <i,k>∈S}其中S是以顶点vi为弧尾的所有弧的集合。

3. 活动最早发生时间

■ 一维数组e []保存每一活动的最早发生时间

■ 设活动 a i a_i ai用弧 < v j , v k > <v_j,v_k> <vj,vk>表示,与 a i a_i ai相联系的权值 dut(<j,k>)用表示,则 a i a_i ai的可能的最早开始时间e[i]等于事件 v j v_j vj可能的最早发生时间ve[j]

4. 活动允许的最晚开始时间

设活动 a i a_i ai用弧 < v j , v k > <v_j,v_k> <vj,vk>表示,与 a i a_i ai相联系的权值dut(<j,k>)用表示,则活动 a i a_i ai允许的最晚开始时间l[i]等于事件 v k v_k vk允许的最晚发生时间vl[k]-dut(<j,k>)

(1)关键路径上 所有的活动都是关键活动 。因此提前完成非关键活动并不能加快工程的速度。

(2)网络中的关键路径并不唯一,对于有几条关键路径的网来说,仅仅提高某一条关键路径上关键活动的速度,是不能缩短整个工程工期的,而必须同时提高几条关键路径上关键活动的速度。

所以,并不是网中任何一个关键活动的提前完成,整个工程都能提前完成。

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