圖論-拓撲排序

最近又寫到有向圖的拓撲排序,這段排序代碼在幾年前也寫過。做個簡單記錄,本次用到了google guava的Graph類。
主要是用方法可以參考:http://www.lxweimin.com/p/78786a4f2cf1

相關排序可以參考: https://juejin.cn/post/7251844608774209592

圖1

拓撲排序:
Visited node: A
Visited node: D
Visited node: E
Visited node: B
Visited node: C
Visited node: F

但在實際的工作中,并不是單純的對節點進行排序或者遍歷,比如說常用的就是A有三條下游節點時,則選擇其中一條路徑執行,其余路徑均不可執行。


圖2

在拓撲排序的基礎上,我們增加不執行節點的判斷與處理。具體處理邏輯如下:

public class UnReachableTopologyTraversal {


    public static void topologyTraverse(MutableGraph<String> graph, Function<String, Boolean> function) {
        // 1.1 拓撲排序需要的輔助隊列。
        Queue<String> queue = Queues.newLinkedBlockingQueue();
        //1.2 初始化本次不執行節點集合
        List<String> unReachNodeList = Lists.newArrayList();


        // 2. 將root節點(入度為0的節點)入隊列。
        for (String node : graph.nodes()) {
            if (graph.inDegree(node) == 0) {
                queue.add(node);
            }
        }


        // 3. 非root節點(入度非0的節點)對應的入度記錄表。
        Map<String, Integer> nodeIdInDegreeMap = graph.nodes().stream()
                .filter(task -> graph.inDegree(task) != 0)
                .collect(Collectors.toMap(node -> node, node -> graph.inDegree(node)));


        // 4. 拓撲遍歷
        while (!queue.isEmpty()) {
            //5. 隨機選取其中一個可執行節點
            List<String> allNodes = new ArrayList<>(queue);
            Collections.shuffle(allNodes);
            queue = new LinkedList<>(allNodes);
            String current = queue.poll();




            // 6. 判斷是不是不可執行節點,如果是不可執行節點,則跳過
            if (unReachNodeList.contains(current)) {
                continue;
            }


            //7.1 執行本次節點函數
            function.apply(current);


            //7.2 后續節點入度減一
            subSuccessorInDegree(current, graph, nodeIdInDegreeMap);


            //8.1 標記不可執行節點
            for (String node : allNodes) {
                if (!unReachNodeList.contains(node) && !StringUtils.equals(node,
                        current)) {
                    unReachNodeList.add(node);
                    subSuccessorInDegree(node, graph, nodeIdInDegreeMap);
                    markSuccessorUnReachable(graph, node, unReachNodeList, nodeIdInDegreeMap);
                }
            }


            //9. 拓撲排序, 將當前節點的后繼節點入度減一, 如果入度為0, 則加入隊列, 等待調度。
            for (String node : graph.successors(current)) {
                if (nodeIdInDegreeMap.get(node) == 0) {
                    queue.add(node);
                }
            }
        }
    }


    /**
     * 將當前節點的后續節點入度-1
     * @param currentNode
     * @param graph
     * @param nodeIdInDegreeMap
     */
    private static void subSuccessorInDegree(String currentNode,
                                             Graph<String> graph, Map<String, Integer> nodeIdInDegreeMap) {


        Set<String> successorNodes = graph.successors(currentNode);
        if (successorNodes == null || successorNodes.size() == 0) {
            return;
        }


        for (String successor : successorNodes) {
            Integer inDegree = nodeIdInDegreeMap.get(successor);
            nodeIdInDegreeMap.put(successor, inDegree - 1);
        }
    }




    /**
     * 標記當前節點的后續節點為不可執行節點
     * @param graph
     * @param currentNode
     * @param unReachNodeList
     * @param nodeIdInDegreeMap
     */
    private static void markSuccessorUnReachable(Graph<String> graph, String currentNode,
                                                 List<String> unReachNodeList, Map<String, Integer> nodeIdInDegreeMap) {
        Set<String> afterNodeList = graph.successors(currentNode);
        for (String afterNode : afterNodeList) {
            boolean unReachable = true;
            
            //當前節點的前置節點如果存在不可執行節點,則不需要遞歸不可執行
            Set<String> preAfterNodeList = graph.predecessors(afterNode);
            for (String preAfterNode : preAfterNodeList) {
                if (!unReachNodeList.contains(preAfterNode)) {
                    unReachable = false;
                }
            }
            
            //后續節點為不可執行節點,繼續遞歸不可執行
            if (unReachable) {
                unReachNodeList.add(afterNode);
                subSuccessorInDegree(afterNode, graph, nodeIdInDegreeMap);
                markSuccessorUnReachable(graph, afterNode, unReachNodeList, nodeIdInDegreeMap);
            }
        }
    }




    public static void main(String[] args) {
        MutableGraph<String> graph = GraphBuilder.directed() //指定為有向圖
                .nodeOrder(ElementOrder.<String>insertion()) //節點按插入順序輸出
                //(還可以取值無序unordered()、節點類型的自然順序natural())
                .expectedNodeCount(6) //預期節點數
                .allowsSelfLoops(false) //不允許自環
                .build();


        graph.putEdge("A", "B");
        graph.putEdge("A", "D");
        graph.putEdge("A", "E");
        graph.putEdge("B", "C");
        graph.putEdge("C", "F");
        graph.putEdge("D", "F");


        graph.addNode("A");
        graph.addNode("B");
        graph.addNode("C");
        graph.addNode("D");
        graph.addNode("E");


        System.out.println("選擇分支執行:");
        UnReachableTopologyTraversal.topologyTraverse(graph, node -> {
            System.out.println("Visited node: " + node);
        });


    }
}
結果1

結果2

結果3
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