Топологическая сортировка — упорядочивание вершин ациклического ориентированного графа согласно частичному порядку, заданному рёбрами орграфа на множестве его вершин.

Например, для графа:

существует несколько согласованных последовательностей его вершин, которые могут быть получены при помощи топологической сортировки, в частности:

В последовательности могут быть переставлены любые две стоящие рядом вершины, которые не входят в отношение частичного порядка .

Топологическая сортировка широко применяется в различных отраслях например, с её помощью можно построить последовательность прохождения учебных курсов студентами, последовательность установки программ при помощи пакетного менеджера, последовательность сборки исходных текстов программ по данным сборочных файлов, можно построить список отображения объектов в изометрической проекции зная парные порядковые отношения между объектами (какой из двух объектов должен быть прорисован раньше).

Алгоритм Кана Один из первых алгоритмов, и наиболее приспособленный к исполнению вручную разработан Артуром Каном в 1962 году.

Пусть дан ациклический ориентированный простой граф . Через обозначим множество таких вершин , что . То есть  — множество всех вершин, из которых есть дуга в вершину . Пусть  — искомая последовательность вершин.

пока выбрать любую вершину такую, что и

удалить из всех

Наличие хотя бы одного цикла в графе приведёт к тому, что на определённой итерации цикла не удастся выбрать новую вершину .

Например, если задан граф: , алгоритм выполнится следующим образом:

шаг 0 1 2 3 4 5

На втором шаге вместо может быть выбрана вершина , поскольку порядок между и не задан.

Алгоритм Тарьяна

С использованием вычислительной техники топологическую сортировку можно выполнить за времени и памяти, если обойти все вершины, используя поиск в глубину, и выводить вершины в момент выхода из неё — алгоритм разработан Робертом Тарьяном в 1976 году.

Изначально все вершины помечаются как белые, для каждой вершины осуществляется шаг алгоритма: если вершина чёрная, ничего делать не надо, если вершина серая — найден цикл, топологическая сортировка невозможна, если вершина белая, то: красится в серый, применяется шаг алгоритма для всех вершин, в которые можно попасть из текущей, вершина красится в чёрный и помещается в начало окончательного списка.

Например, на графе:

с порядком обхода алгоритм отрабатывает следующим образом:

Шаг Текущая Белые Стек (серые) Выход (чёрные) 0 —

— — 1

— 2

— 3

— 4

5

6 —

—

7

—

8

—

9

10

—

11

—

12 — — —

13

— —

См. также Алгоритм Демукрона

Литература

Ссылки Топологическая сортировка при помощи поиска в глубину — реализация на C++ Топологическая сортировка на Pascal за O(n + m) от Никлауса Вирта

Категория:Алгоритмы на графах Категория:Алгоритмы сортировки