[[396795]]

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「一個搬磚的胖子」，作者一個搬磚的胖子。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系一個搬磚的胖子公眾號。

前言

今天為CodeTop補充的題目是檢測循環(huán)依賴。

來看一下幾篇面經(jīng)的原文敘述

• 循環(huán)依賴檢測。如，[['A', 'B'], ['B', 'C'], ['C', 'D'], ['B', 'D']] => false，[['A', 'B'], ['B', 'C'], ['C', 'A']] => true(2021.4 字節(jié)跳動-幸福里-后端)[2]
• 手撕代碼：小王寫了一個makefile，其中有n個編譯項編號為0~n-1，他們互相之間有依賴關(guān)系。請寫一個程序解析依賴，給出一個可行的編譯順序。(2021.03 字節(jié)跳動-系統(tǒng)部-后端)[3]

有的面試官要求判斷是否有循環(huán)依賴;有的則要求給出一個可行的順序。

解決這類問題的利器就是——拓撲排序。

只要你會BFS，會層次遍歷二叉樹。

你很快就能掌握拓撲排序的寫法。

題目描述

現(xiàn)有n個編譯項，編號為0 ~ n-1。給定一個二維數(shù)組，表示編譯項之間有依賴關(guān)系。如[0, 1]表示1依賴于0。

若存在循環(huán)依賴則返回空;不存在依賴則返回可行的編譯順序。

題目分析

若給定一個依賴關(guān)系是[[0,2],[1,2],[2,3],[2,4]]，如圖所示

可以看出，它們之間不存在循環(huán)依賴。

可行的編譯序列是[0,1,2,3,4]，也可以是[1,0,2,4,3]等。

拓撲排序可以求這樣的一個序列?？梢钥闯?，這個序列結(jié)果可能不唯一。

拓撲排序算法過程：

1. 選擇圖中一個入度為0的點，記錄下來
2. 在圖中刪除該點和所有以它為起點的邊
3. 重復(fù)1和2，直到圖為空或沒有入度為0的點。

用下圖舉個例子，看看拓撲排序算法的過程。res用于存儲結(jié)果序列。

圖片入度為0的點有兩個，我們?nèi)芜x一個。比如選擇點0，記錄至res;刪除點0及以它為起點的邊。

然后選擇點1，同樣記錄下來;刪除點1及以它為起點的邊。

入度為0的點現(xiàn)在只有點2，把它記錄下來;刪除點2及以它為起點的邊。

同理。選擇點3，記錄下來;刪除點3及以它為起點的邊。

選擇點4，記錄下來;刪除點4及以它為起點的邊。

圖為空，算法結(jié)束。

最終，res存儲的就是拓撲排序的結(jié)果，即題目中的可行編譯順序。

如果圖中存在循環(huán)依賴呢?

例如依賴關(guān)系是[[0,1],[1,2],[2,1]，如圖所示。

按照拓撲排序的算法，找到入度為0的點0存下來，然后刪除。

然后就沒有入度為0的點了，算法結(jié)束!

我們發(fā)現(xiàn)，可以使用res.size() == n 來判斷圖中是否有環(huán)。其中，n為點的個數(shù)。

這就是拓撲排序算法。

代碼實現(xiàn)應(yīng)該就很好理解了~我們借助BFS來實現(xiàn)拓撲排序，隊列中存儲入度為0的點。

下面我提供C++和Python兩個版本的代碼。推薦大家背下來，背一些模板代碼是很有必要的。

如果你感覺拓撲排序沒問題了，去嘗試做Leetcode210. 課程表 II吧~

PS：之前沒接觸過圖的同學(xué)，可能不太理解參考代碼中存儲圖結(jié)構(gòu)的g。其實很簡單，對于下圖來說。

g = [[2]     #表示0->2 
     [2]     #表示1->2 
     [3, 4]  #表示2->3,2->4 
     []      #表示沒有以3為起點的邊 
     []]     #表示沒有以4為起點的邊 

參考代碼

C++ 版本

vector<int> haveCircularDependency(int n, vector<vector<int>> &prerequisites) { 
    vector<vector<int>> g(n); //鄰接表存儲圖結(jié)構(gòu) 
    vector<int> indeg(n); //每個點的入度 
    vector<int> res; //存儲結(jié)果序列 
    for(int i = 0; i < prerequisites.size(); i ++) { 
        int a = prerequisites[i][0], b = prerequisites[i][1];  
        g[a].push_back(b); 
        indeg[b] ++; 
    } 
    queue<int> q; 
    //一次性將入度為0的點全部入隊 
    for(int i = 0; i < n; i ++) { 
        if(indeg[i] == 0) q.push(i); 
    } 
    while(q.size()) { 
        int t = q.front(); 
        q.pop(); 
        res.push_back(t); 
        //刪除邊時，將終點的入度-1。若入度為0，果斷入隊 
        for(int i = 0; i < g[t].size(); i ++) { 
            int j = g[t][i]; 
            indeg[j] --; 
            if(indeg[j] == 0) { 
                q.push(j); 
            } 
        } 
    } 
    if(res.size() == n) return res; 
    else return {}; 
} 

Python 版本

def haveCircularDependency(self, n: int, prerequisites): 
    g = [[]for i in range(n)] #鄰接表存儲圖結(jié)構(gòu) 
    indeg = [0 for i in range(n)] #每個點的入度 
    res = [] #存儲結(jié)果序列 
    q = deque() 
    #將依賴關(guān)系加入鄰接表中g(shù)，并各個點入度 
    for pre in prerequisites: 
        a, b = pre[0], pre[1] 
        g[a].append(b) 
        indeg[b] += 1 
    #一次性將入度為0的點全部入隊 
    for i in range(n): 
        if indeg[i] == 0: 
            q.append(i) 
    while q: 
        t = q.popleft() 
        res.append(t) 
        #刪除邊時，將終點的入度-1。若入度為0，果斷入隊 
        for j in g[t]: 
            indeg[j] -= 1 
            if indeg[j] == 0: 
                q.append(j) 
    if len(res) == n: 
        return res 
    else: 
        return []