LeetCode #210: Course Schedule II

Problem

There are a total of n courses you have to take, labeled from 0 to n - 1
.
Some courses may have prerequisites, for example to take course 0 you have to first take course 1, which is expressed as a pair: [0,1]

Given the total number of courses and a list of prerequisite pairs, return the ordering of courses you should take to finish all courses.
There may be multiple correct orders, you just need to return one of them. If it is impossible to finish all courses, return an empty array.
For example:

2, [[1,0]]

There are a total of 2 courses to take. To take course 1 you should have finished course 0. So the correct course order is [0,1]

4, [[1,0],[2,0],[3,1],[3,2]]

There are a total of 4 courses to take. To take course 3 you should have finished both courses 1 and 2. Both courses 1 and 2 should be taken after you finished course 0. So one correct course order is [0,1,2,3]
. Another correct ordering is [0,2,1,3]
.
Note:
The input prerequisites is a graph represented by a list of edges, not adjacency matrices. Read more about how a graph is represented.
You may assume that there are no duplicate edges in the input prerequisites.

題意

題目釋義參見LeetCode#207: Course Schedule。而這道題不同的地方在于要輸出學習課程的序列。

分析

有了上一題的基礎,事情就變得非常簡單了:我們只需要在上一題的代碼中做一點微小的改動,即可滿足本題的要求。
下面給出兩個算法各自的代碼。

Code

拓撲排序

//Runtime: 19ms
//改動的地方已經標記出來了
class Solution {
public:
    vector<int> findOrder(int numCourses, vector<pair<int, int>>& prerequisites) {
        _iniInDegree(numCourses, prerequisites);
        _iniOutTable(numCourses, prerequisites);
        for (int i = 0; i < numCourses; i++){
            int j = 0;
            for (; j < numCourses; j++){
                if (inDegree[j] == 0)   break;
            }
            if (j == numCourses){
                //Here
                result.clear();
                return result;
            }
            inDegree[j] = -1;
            result.push_back(j);
            for (int k = 0; k < outTable[j].size(); k++)
                inDegree[outTable[j][k]]--;
        }
        //Here
        return result;
    }
private:
    vector<int> inDegree;
    vector<vector<int>> outTable;
    vector<int> result;  //Here
    void _iniInDegree(int numCourses, vector<pair<int, int>>& prerequisites){
        inDegree.resize(numCourses);
        for (int i = 0; i < numCourses; i++)
            inDegree[i] = 0;
        for (int i = 0; i < prerequisites.size(); i++)
            inDegree[prerequisites[i].first]++;
    } 
    void _iniOutTable(int numCourses, vector<pair<int, int>>& prerequisites){
        outTable.resize(numCourses);
        for (int i = 0; i < prerequisites.size(); i++)
            outTable[prerequisites[i].second].push_back(prerequisites[i].first);
    }
};

DFS

//Runtime: 16ms
//Here
bool _cmp(const pair<int, int>& a, const pair<int, int>& b){
        return a.second > b.second;
}
class Solution {
public:
    vector<int> findOrder(int numCourses, vector<pair<int, int>>& prerequisites) {
        curPost = 0;  //Here
        _iniOutTable(numCourses, prerequisites);
        visited.resize(numCourses);
        onpath.resize(numCourses);
        for (int i = 0; i < numCourses; i++)
            visited[i] = onpath[i] = false;
        
        for (int i = 0; i < numCourses; i++){
            /* 在C++中,進行與運算時,如果第一個表達式的值是false,則后面的表達式都不用判斷;否則,繼續判斷下一個表達式 */
            if (!visited[i] && _dfs(i)){
                //Here
                result.clear();
                return result;
            }
        }
        //Here
        _getResult();
        return result;
    }
private:
    vector<vector<int>> outTable;
    vector<bool> visited;
    vector<bool> onpath;
    //Here,記錄每個點最后一次訪問的時間,在有向無環圖中,A->B,則A的post值要比B大(因為DFS先離開B再離開A)
    vector<pair<int, int>> post; //first = v, second = curPost
    vector<int> result;
    int curPost;
    void _iniOutTable(int numCourses, vector<pair<int, int>>& prerequisites){
        outTable.resize(numCourses);
        for (int i = 0; i < prerequisites.size(); i++)
            outTable[prerequisites[i].second].push_back(prerequisites[i].first);
    }
    bool _dfs(int v){
        if (visited[v]) return false;
        visited[v] = onpath[v] = true;
        for (int i = 0; i < outTable[v].size(); i++){
            /* 在C++中,進行或運算時,如果第一個表達式的值是true,則后面的表達式都不用判斷;否則,繼續判斷下一個表達式 */
            if (onpath[outTable[v][i]] || _dfs(outTable[v][i]))
                return true;
        }
        /* return false */
        _postVisit(v);
        return onpath[v] = false;
    }
    //Here
    void _postVisit(int v){
        post.push_back(pair<int, int>(v, curPost));
        curPost++;
    }
    void _getResult(){
        //注意,要對post值進行降序排列
        sort(post.begin(), post.end(), _cmp);
        for (int i = 0; i < post.size(); i++)
            result.push_back(post[i].first);
    }
};
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