/*
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Date: 17-11-14 21:02
Description: 拓扑排序之变量序列 
如果有n个变量（1<=n<=26，变量名用单个小写字母表示）。还有m个二元组（u,v），分别表示变量u小于v。

那么，全部变量从小到大排列起来应该是什么样子的呢？
比如有4个变量a,b,c,d，若以知a<b,c<b,d<c，则这4个变量的排序可能是a<d<c<b。

虽然还有可能其它的可能，你仅仅需找出当中的一个就可以。
Input
输入为一个字符串data，当中包括N+N个字符。表示N个关系式（1<=N<=100000），比如序列"abcbdc"表示a<b,c<b,d<c.
Output
给出一个字符串，当中存储了一个符合要求的变量序列，比如，字符串"adcb"表示a<d<c<b。

*/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

#define true 1  
#define false 0
#define MAXM 26   //最大变量（顶点）数量 
#define MAXN 100000   //最大关系式数量

typedef char VertexType; //顶点类型由用户自己定义
typedef int EdgeType; //边上的权值类型由用户自己定义

typedef struct EdgeNode{ //边表结点
int adjvex;  //邻接点域，存储该顶点相应的下标
// EdgeType weight; //权值。对于非网图能够不须要 
struct EdgeNode *next; //链域，指向下一个邻接点 
} EdgeNode;

typedef struct VertexNode{ //顶点表结点
VertexType data; //顶点域，存储顶点信息
int in;   //存储顶点入度的数量 
EdgeNode *firstEdge; //边表头指针
} VertexNode;

typedef struct Edge{ //边集数组 
int u, v; //弧尾和弧头 
int next; //指向同一个弧尾的下一条边 
// EdgeType weight; //权值，对于非网图能够不须要 
} EdgeLib;

int book[MAXM] = {0}; //标记某字母是否出现

int IsTopoSeq(char *data, char *topo);//依据关系列表data，推断topo字符串是否为拓扑序列 
int CreateGraph(char *data, VertexNode *GL);//创建一个图
void PrintGraph(VertexNode *GL);//输出图
int TopoLogicalSort_DFS(char *topo, VertexNode *GL, int n);//拓扑排序，获取拓扑序列，若存在环则返回假 
int TopoLogicalSort_BFS(char *topo, VertexNode *GL, int n);//拓扑排序，获取拓扑序列。若存在环则返回假 
int CreateGraph_2(char *data, int In[], int first[], EdgeLib edge[]);//创建一个图
void PrintGraph_2(int first[], EdgeLib edge[]);//输出图
int TopoLogicalSort(char *topo, EdgeLib edge[], int In[], int first[], int n);//拓扑排序。获取拓扑序列，若存在环则返回假，使用队列存储拓扑序列

int main()
{
int i, n;
VertexNode GL[MAXM];
char topo[MAXM+1];
char data[MAXN+MAXN+1];
int In[MAXM], first[MAXM]; //存储顶点信息
EdgeLib edge[MAXN]; //存储边信息

gets(data); 
n = CreateGraph_2(data, In, first, edge);//创建一个图
PrintGraph_2(first, edge);//输出图

if (TopoLogicalSort(topo, edge, In, first, n))//採用拓扑排序构造拓扑序列 
puts(topo);
else
puts("不存在满足条件的序列");

if (IsTopoSeq(data, topo))//依据关系列表data。推断topo字符串是否为拓扑序列 
puts(topo);
else
puts("不存在满足条件的序列");

gets(data); 
n = CreateGraph(data, GL);//创建一个图
PrintGraph(GL);//输出图
if (IsTopoSeq(data, topo))//依据关系列表data，推断topo字符串是否为拓扑序列 
puts(topo);
else
puts("不存在满足条件的序列");

if (TopoLogicalSort_BFS(topo, GL, n))//採用拓扑排序构造拓扑序列 
puts(topo);
else
puts("不存在满足条件的序列");

gets(data); 
n = CreateGraph(data, GL);//创建一个图
PrintGraph(GL);//输出图

if (TopoLogicalSort_DFS(topo, GL, n))//採用拓扑排序构造拓扑序列 
puts(topo);
else
puts("不存在满足条件的序列");

if (IsTopoSeq(data, topo))//依据关系列表data，推断topo字符串是否为拓扑序列 
puts(topo);
else
puts("不存在满足条件的序列");

return 0;
}
/*
函数名称：CreateGraph
函数功能：把顶点和边信息读入到表示图的邻接表中 
输入变量：char *data：存储了N个关系式的字符串 
          VertexNode *GL ： 顶点表数组 
输出变量：表示图的顶点表数组 
返回值：int ：顶点数量 
*/ 
int CreateGraph(char *data, VertexNode *GL)
{
int i, u, v;
int count = 0;//记录顶点数量 
EdgeNode *e;

for (i=0; i<MAXM; i++)//初始化图 
{
GL[i].data = i + 'a';
GL[i].in = 0;
GL[i].firstEdge = NULL;
book[i] = 0;
}

for (i=0; data[i]!='\0'; i+=2)//每次读取两个变量  
{
u = data[i] - 'a'; //字母转换为数字，'a'相应0，'b'相应1。以此类推 
v = data[i+1] - 'a';
book[u] = book[v] = 1;

e = (EdgeNode*)malloc(sizeof(EdgeNode)); //採用头插法插入边表结点 
if (!e)
{
puts("Error"); 
exit(1);
}
e->adjvex = v;
e->next = GL[u].firstEdge;
GL[u].firstEdge = e;

GL[v].in++;
}

for (i=0; i<MAXM; i++)//计算顶点数量 
{
if (book[i] != 0)
count++;
}

return count;
}

void PrintGraph(VertexNode *GL)//输出图
{
int u, v;
EdgeNode *e;

for (u=0; u<MAXM; u++)
{
printf("G[%d] = %c: ", u, GL[u].data);
for (e=GL[u].firstEdge; e!=NULL; e=e->next)//将u的邻接点入度减1。并将入度为0的顶点入栈 
{
v = e->adjvex;
printf("<%c, %c>, ", GL[u].data, GL[v].data);
}
printf("\n");
}
printf("\n");
}

/*
函数名称：TopoLogicalSort_DFS
函数功能：拓扑排序，採用深度优先搜索获取拓扑序列
输入变量：char *topo：用来存储拓扑序列的字符串 
          VertexNode *GL ： 顶点表数组 
          int n：顶点个数 
输出变量：用来存储拓扑序列的字符串
返回值：int ：拓扑排序成功返回真，若存在环则返回假
*/ 
int TopoLogicalSort_DFS(char *topo, VertexNode *GL, int n)
{
int i, u, v, top;
int count = 0; //用于统计输出顶点的个数 
EdgeNode *e;
int Stack[MAXM];

for (top=i=0; i<MAXM; i++)//将入度为0的顶点入栈 
{
if (book[i] != 0 && GL[i].in == 0)
{
Stack[top++] = i;
}
}

while (top > 0)//採用深度优先搜索获取拓扑序列 
{
u = Stack[--top];
topo[count++] = u + 'a';

for (e=GL[u].firstEdge; e!=NULL; e=e->next)//将u的邻接点入度减1，并将入度为0的顶点入栈 
{
v = e->adjvex;
if (--GL[v].in == 0)
Stack[top++] = v;
}
}
topo[count] = '\0';

return (count == n);//假设count小于顶点数，说明存在环 
}

/*
函数名称：TopoLogicalSort_BFS
函数功能：拓扑排序，採用广度优先搜索获取拓扑序列
输入变量：char *topo：用来存储拓扑序列的字符串 
          VertexNode *GL ： 顶点表数组 
          int n：顶点个数 
输出变量：用来存储拓扑序列的字符串
返回值：int ：拓扑排序成功返回真。若存在环则返回假
*/ 
int TopoLogicalSort_BFS(char *topo, VertexNode *GL, int n)
{
int i, u, v, front, rear;
EdgeNode *e;

front = rear = 0;
for (i=0; i<MAXM; i++)//将入度为0的顶点入栈 
{
if (book[i] != 0 && GL[i].in == 0)
{
topo[rear++] = i + 'a';
}
}

while (front < rear)//採用广度优先搜索获取拓扑序列 
{
u = topo[front++] - 'a';

for (e=GL[u].firstEdge; e!=NULL; e=e->next)//将u的邻接点入度减1。并将入度为0的顶点入栈 
{
v = e->adjvex;
if (--GL[v].in == 0)
topo[rear++] = v + 'a';
}
}
topo[rear] = '\0';

return (rear == n);//假设count小于顶点数，说明存在环 
}

/*
函数名称：CreateGraph_2
函数功能：把顶点和边信息读入到表示图的边表集中 
输入变量：char *data：存储了N个关系式的字符串 
          int In[]：存储了顶点的入度信息 
          int first[]：指向以该顶点为弧尾的第一条边 
          EdgeLib edge[]：存储了边信息的边表集 
输出变量：表示图的边表集数组 
返回值：int ：顶点数量 
*/ 
int CreateGraph_2(char *data, int In[], int first[], EdgeLib edge[])//创建一个图
{
int i, j;
int count = 0;//记录顶点数量

for (i=0; i<MAXM; i++)//初始化图 
{
first[i] = -1;
book[i] = 0;
In[i] = 0;
}

for (j=i=0; data[i]!='\0'; i+=2,j++)//每次读取两个变量  
{
edge[j].u = data[i] - 'a'; //字母转换为数字，'a'相应0，'b'相应1，以此类推 
edge[j].v = data[i+1] - 'a';
book[edge[j].u] = book[edge[j].v] = 1;

edge[j].next = first[edge[j].u];
first[edge[j].u] = j;
In[edge[j].v]++;
}

for (i=0; i<MAXM; i++)//计算顶点数量 
{
if (book[i] != 0)
count++;
}

return count;
}

void PrintGraph_2(int first[], EdgeLib edge[])//输出图
{
int i, j;

for (i=0; i<MAXM; i++)
{
printf("G[%d] = %c: ", i, i+'a');
j = first[i]; //指向i的第一条边 
while (j != -1)
{
printf("<%c, %c>, ", edge[j].u+'a', edge[j].v+'a');
j = edge[j].next; //指向下一条边 
}
printf("\n");
}
printf("\n");
} 
/*
函数名称：TopoLogicalSort
函数功能：拓扑排序。採用广度优先搜索获取拓扑序列
输入变量：char *topo：用来存储拓扑序列的字符串 
          EdgeLib edge[]：存储了边信息的边表集 
          int In[]：存储了顶点的入度信息 
          int first[]：指向以该顶点为弧尾的第一条边 
          int n：顶点个数 
输出变量：用来存储拓扑序列的字符串
返回值：int ：拓扑排序成功返回真。若存在环则返回假
*/ 
int TopoLogicalSort(char *topo, EdgeLib edge[], int In[], int first[], int n)
{
int i, u, front, rear;

front = rear = 0;
for (i=0; i<MAXM; i++)//将入度为0的顶点入栈 
{
if (book[i] != 0 && In[i] == 0)
{
topo[rear++] = i + 'a';
}
}

while (front < rear)//採用广度优先搜索获取拓扑序列 
{
u = topo[front++] - 'a';
for (i=first[u]; i!=-1; i=edge[i].next)
{
if (--In[edge[i].v] == 0)
topo[rear++] = edge[i].v + 'a';
}
}
topo[rear] = '\0';

return (rear == n);//假设count小于顶点数。说明存在环 
}

int IsTopoSeq(char *data, char *topo)//依据关系列表data。推断topo字符串是否为拓扑序列 
{
int pos[MAXM] = {0};
int i;

for (i=0; topo[i]!='\0'; i++)//读取变量下标
pos[topo[i]-'a'] = i;

for (i=0; data[i]!='\0'; i+=2)//每次读取两个变量  
{
if (pos[data[i]-'a'] > pos[data[i+1]-'a'])
return false;
}

return true;
}