17

我有一个具有偏序关系的项目列表,即。e,列表可以被认为是一个偏序集我想以与此问题相同的方式对该列表进行排序。正如那里正确回答的那样,这称为拓扑排序

有一个相当简单的已知算法来解决这个问题。我想要一个类似于 LINQ 的实现。

我已经尝试过使用OrderBy扩展方法,但我很确定它无法进行拓扑排序。问题是IComparer<TKey>接口不能表示部分顺序。发生这种情况是因为该Compare方法基本上可以返回 3 种值:zeronegativepositive,分别表示 are-equalis-less-thanis-greater-then。只有有办法返回are-unrelated ,才有可能找到可行的解决方案。

从我的偏见的角度来看,我正在寻找的答案可能由一个IPartialOrderComparer<T>接口和一个扩展方法组成,如下所示:

public static IOrderedEnumerable<TSource> OrderBy<TSource, TKey>(
    this IEnumerable<TSource> source,
    Func<TSource, TKey> keySelector,
    IPartialOrderComparer<TKey> comparer
);

这将如何实施?IPartialOrderComparer<T>界面会是什么样子?你会推荐一种不同的方法吗?我很想看到它。也许有更好的方式来表示偏序,我不知道。

4

6 回答 6

16

我建议使用相同的 IComparer 接口,但编写扩展方法以便将 0 解释为不相关。在偏序中,如果元素 a 和 b 相等,则它们的顺序无关紧要,同样,如果它们不相关 - 您只需根据它们已定义关系的元素对它们进行排序。

这是一个对偶数和奇数进行部分排序的示例:

namespace PartialOrdering
{
    public static class Enumerable
    {
        public static IEnumerable<TSource> PartialOrderBy<TSource, TKey>(this IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, TKey> keySelector, IComparer<TKey> comparer)
        {
            List<TSource> list = new List<TSource>(source);
            while (list.Count > 0)
            {
                TSource minimum = default(TSource);
                TKey minimumKey = default(TKey);
                foreach (TSource s in list)
                {
                    TKey k = keySelector(s);
                    minimum = s;
                    minimumKey = k;
                    break;
                }
                foreach (TSource s in list)
                {
                    TKey k = keySelector(s);
                    if (comparer.Compare(k, minimumKey) < 0)
                    {
                        minimum = s;
                        minimumKey = k;
                    }
                }
                yield return minimum;
                list.Remove(minimum);
            }
            yield break;
        }

    }
    public class EvenOddPartialOrdering : IComparer<int>
    {
        public int Compare(int a, int b)
        {
            if (a % 2 != b % 2)
                return 0;
            else if (a < b)
                return -1;
            else if (a > b)
                return 1;
            else return 0; //equal
        }
    }
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            IEnumerable<Int32> integers = new List<int> { 8, 4, 5, 7, 10, 3 };
            integers = integers.PartialOrderBy<Int32, Int32>(new Func<Int32, Int32>(delegate(int i) { return i; }), new EvenOddPartialOrdering());
        }
    }
}

结果:4、8、3、5、7、10

于 2009-12-30T23:26:38.327 回答
8

这是我对tehMick答案的优化和翻新版本。

我所做的一项更改是替换留下的真实值列表以生成逻辑列表。为此,我有两个大小相同的数组。一个具有所有值,而另一个包含指示是否已产生每个值的标志。这样,我避免了必须调整真实List<Key>.

另一个变化是我在迭代开始时只读取所有键一次。由于我现在不记得的原因(也许这只是我的直觉),我不喜欢keySelector多次调用该函数的想法。

最后一步是参数验证,以及使用隐式键比较器的额外重载。我希望代码足够可读。一探究竟。

public static IEnumerable<TSource> PartialOrderBy<TSource, TKey>(
    this IEnumerable<TSource> source,
    Func<TSource, TKey> keySelector)
{
    return PartialOrderBy(source, keySelector, null);
}

public static IEnumerable<TSource> PartialOrderBy<TSource, TKey>(
    this IEnumerable<TSource> source,
    Func<TSource, TKey> keySelector,
    IComparer<TKey> comparer)
{
    if (source == null) throw new ArgumentNullException("source");
    if (keySelector == null) throw new ArgumentNullException("keySelector");
    if (comparer == null) comparer = (IComparer<TKey>)Comparer<TKey>.Default;

    return PartialOrderByIterator(source, keySelector, comparer);
}

private static IEnumerable<TSource> PartialOrderByIterator<TSource, TKey>(
    IEnumerable<TSource> source,
    Func<TSource, TKey> keySelector,
    IComparer<TKey> comparer)
{
    var values = source.ToArray();
    var keys = values.Select(keySelector).ToArray();
    int count = values.Length;
    var notYieldedIndexes = System.Linq.Enumerable.Range(0, count).ToArray();
    int valuesToGo = count;

    while (valuesToGo > 0)
    {
        //Start with first value not yielded yet
        int minIndex = notYieldedIndexes.First( i => i >= 0);

        //Find minimum value amongst the values not yielded yet
        for (int i=0; i<count; i++)
        if (notYieldedIndexes[i] >= 0)
        if (comparer.Compare(keys[i], keys[minIndex]) < 0) {
            minIndex = i;
        }

        //Yield minimum value and mark it as yielded
        yield return values[minIndex];
        notYieldedIndexes[minIndex] = -1;
        valuesToGo--;
    }
}
于 2010-01-04T15:21:38.937 回答
2

好吧,我不确定这种处理方式是不是最好的方式,但我可能是错的。

处理拓扑排序的典型方法是使用图,并且对于每次迭代,删除所有没有入站连接的节点,同时从这些节点中删除所有出站连接。删除的节点是迭代的输出。重复,直到您无法删除更多节点。

但是,为了首先获得这些连接,使用您的方法,您需要:

  1. 一种方法(您的比较器)可以说“在此之前”但也可以说“这两个没有信息”
  2. 迭代所有组合,为比较器返回排序的所有组合创建连接。

换句话说,该方法可能会这样定义:

public Int32? Compare(TKey a, TKey b) { ... }

然后null在没有两个键的决定性答案时返回。

我正在考虑的问题是“迭代所有组合”部分。也许有更好的方法来处理这个问题,但我没有看到。

于 2009-12-30T22:52:14.660 回答
1

我相信Lasse V. Karlsen 的回答是正确的,但我不喜欢隐藏 Compare 方法(或不从 扩展的单独接口IComparable<T>)。

相反,我宁愿看到这样的东西:

public interface IPartialOrderComparer<T> : IComparer<T>
{
    int? InstancesAreComparable(T x, T y);
}

这样,您仍然IComparer<T>可以在其他需要IComparer<T>.

但是,它还要求您通过以下方式(类似于 )用返回值指示 T 的实例彼此之间的关系IComparable<T>

  • null - 实例不能相互比较。
  • 0 - 实例可相互比较。
  • 0 - x 是一个可比较的键,但 y 不是。

  • < 0 - y 是可比较的键,但 x 不是。

当然,将这个实现传递给任何期望的东西时,你不会得到部分排序IComparable<T>(应该注意,Lasse V. Karlsen 的答案也不能解决这个问题),因为你需要的东西不能用一个简单的比较方法,它接受两个 T 实例并返回一个 int。

要完成解决方案,您必须提供一个自定义 OrderBy(以及 ThenBy、OrderByDescending 和 ThenByDescending)扩展方法,该方法将接受新的实例参数(正如您已经指出的那样)。实现看起来像这样:

public static IOrderedEnumerable<TSource> OrderBy<TSource, TKey>(      
    this IEnumerable<TSource> source,      
    Func<TSource, TKey> keySelector,      
    IPartialOrderComparer<TKey> comparer)
{
    return Enumerable.OrderBy(source, keySelector,
        new PartialOrderComparer(comparer);
}

internal class PartialOrderComparer<T> : IComparer<T>
{
    internal PartialOrderComparer(IPartialOrderComparer<T> 
        partialOrderComparer)
    {
        this.partialOrderComparer = partialOrderComparer;
    }

    private readonly IPartialOrderComparer<T> partialOrderComparer;

    public int Compare(T x, T y)
    {
        // See if the items are comparable.
        int? comparable = partialOrderComparable.
            InstancesAreComparable(x, y);

        // If they are not comparable (null), then return
        // 0, they are equal and it doesn't matter
        // what order they are returned in.
        // Remember that this only to determine the
        // values in relation to each other, so it's
        // ok to say they are equal.
        if (comparable == null) return 0;

        // If the value is 0, they are comparable, return
        // the result of that.
        if (comparable.Value == 0) return partialOrderComparer.Compare(x, y);

        // One or the other is uncomparable.
        // Return the negative of the value.
        // If comparable is negative, then y is comparable
        // and x is not.  Therefore, x should be greater than y (think
        // of it in terms of coming later in the list after
        // the ordered elements).
        return -comparable.Value;            
    }
}
于 2009-12-31T00:20:45.040 回答
1

定义偏序关系的接口:

interface IPartialComparer<T> {
    int? Compare(T x, T y);
}

Compare应该返回-1if x < y0if x = y1ify < xnullifxy不可比较。

我们的目标是以尊重枚举的部分顺序返回元素的顺序。也就是说,我们e_1, e_2, e_3, ..., e_n以偏序寻找元素的序列,使得 ifi <= je_ie_jthen可比e_i <= e_j。我将使用深度优先搜索来做到这一点。

使用深度优先搜索实现拓扑排序的类:

class TopologicalSorter {
    class DepthFirstSearch<TElement, TKey> {
        readonly IEnumerable<TElement> _elements;
        readonly Func<TElement, TKey> _selector;
        readonly IPartialComparer<TKey> _comparer;
        HashSet<TElement> _visited;
        Dictionary<TElement, TKey> _keys;
        List<TElement> _sorted;

        public DepthFirstSearch(
            IEnumerable<TElement> elements,
            Func<TElement, TKey> selector,
            IPartialComparer<TKey> comparer
        ) {
            _elements = elements;
            _selector = selector;
            _comparer = comparer;
            var referenceComparer = new ReferenceEqualityComparer<TElement>();
            _visited = new HashSet<TElement>(referenceComparer);
            _keys = elements.ToDictionary(
                e => e,
                e => _selector(e), 
                referenceComparer
            );
            _sorted = new List<TElement>();
        }

        public IEnumerable<TElement> VisitAll() {
            foreach (var element in _elements) {
                Visit(element);
            }
            return _sorted;
        }

        void Visit(TElement element) {
            if (!_visited.Contains(element)) {
                _visited.Add(element);
                var predecessors = _elements.Where(
                    e => _comparer.Compare(_keys[e], _keys[element]) < 0
                );
                foreach (var e in predecessors) {
                    Visit(e);
                }
                _sorted.Add(element);
            }
        }
    }

    public IEnumerable<TElement> ToplogicalSort<TElement, TKey>(
        IEnumerable<TElement> elements,
        Func<TElement, TKey> selector, IPartialComparer<TKey> comparer
    ) {
        var search = new DepthFirstSearch<TElement, TKey>(
            elements,
            selector,
            comparer
        );
        return search.VisitAll();
    }
}

在进行深度优先搜索时将节点标记为已访问所需的辅助类:

class ReferenceEqualityComparer<T> : IEqualityComparer<T> {
    public bool Equals(T x, T y) {
        return Object.ReferenceEquals(x, y);
    }

    public int GetHashCode(T obj) {
        return obj.GetHashCode();
    }
}

我没有声称这是算法的最佳实现,但我相信它是正确的实现。此外,我没有IOrderedEnumerable按照您的要求返回,但是一旦我们到了这一点,这很容易做到。

如果我们已经将所有前辈添加到排序中,则该算法通过对元素进行深度优先搜索来工作,将元素添加e到线性排序(在算法中表示为) 。因此,对于每个元素,如果我们还没有访问过它,请访问它的前辈,然后添加。因此,这是算法的核心:_sortedeee

public void Visit(TElement element) {
    // if we haven't already visited the element
    if (!_visited.Contains(element)) {
        // mark it as visited
        _visited.Add(element);
        var predecessors = _elements.Where(
            e => _comparer.Compare(_keys[e], _keys[element]) < 0
        );
        // visit its predecessors
        foreach (var e in predecessors) {
            Visit(e);
        }
        // add it to the ordering
        // at this point we are certain that
        // its predecessors are already in the ordering
        _sorted.Add(element);
    }
}

例如,考虑{1, 2, 3}X < YifX是 的子集的子集上定义的偏序Y。我按如下方式实现:

public class SetComparer : IPartialComparer<HashSet<int>> {
    public int? Compare(HashSet<int> x, HashSet<int> y) {
        bool xSubsety = x.All(i => y.Contains(i));
        bool ySubsetx = y.All(i => x.Contains(i));
        if (xSubsety) {
            if (ySubsetx) {
                return 0;
            }
            return -1;
        }
        if (ySubsetx) {
            return 1;
        }
        return null;
    }
}

然后sets定义为子集列表{1, 2, 3}

List<HashSet<int>> sets = new List<HashSet<int>>() {
    new HashSet<int>(new List<int>() {}),
    new HashSet<int>(new List<int>() { 1, 2, 3 }),
    new HashSet<int>(new List<int>() { 2 }),
    new HashSet<int>(new List<int>() { 2, 3}),
    new HashSet<int>(new List<int>() { 3 }),
    new HashSet<int>(new List<int>() { 1, 3 }),
    new HashSet<int>(new List<int>() { 1, 2 }),
    new HashSet<int>(new List<int>() { 1 })
};
TopologicalSorter s = new TopologicalSorter();
var sorted = s.ToplogicalSort(sets, set => set, new SetComparer());

这导致排序:

{}, {2}, {3}, {2, 3}, {1}, {1, 3}, {1, 2}, {1, 2, 3}

尊重偏序。

那很有趣。谢谢。

于 2009-12-31T01:41:09.803 回答
0

非常感谢大家,从 Eric Mickelsen 的回答开始,我想出了我的版本,因为我更喜欢使用空值来表示没有关系,正如 Lasse V. Karlsen 所说。

public static IEnumerable<TSource> PartialOrderBy<TSource>(
        this IEnumerable<TSource> source,            
        IPartialEqualityComparer<TSource> comparer)
    {
        if (source == null) throw new ArgumentNullException("source");
        if (comparer == null) throw new ArgumentNullException("comparer");


        var set = new HashSet<TSource>(source);
        while (!set.IsEmpty())
        {
            TSource minimum = set.First();                

            foreach (TSource s in set)
            {                    
                var comparison = comparer.Compare(s, minimum);
                if (!comparison.HasValue) continue;
                if (comparison.Value <= 0)
                {
                    minimum = s;                        
                }
            }
            yield return minimum;
            set.Remove(minimum);
        }
    }

public static IEnumerable<TSource> PartialOrderBy<TSource>(
       this IEnumerable<TSource> source,
       Func<TSource, TSource, int?> comparer)
    {
        return PartialOrderBy(source, new PartialEqualityComparer<TSource>(comparer));
    }

然后我有比较器的以下界面

public interface IPartialEqualityComparer<T>
{
    int? Compare(T x, T y);
}

这个助手类

internal class PartialEqualityComparer<TSource> : IPartialEqualityComparer<TSource>
{
    private Func<TSource, TSource, int?> comparer;

    public PartialEqualityComparer(Func<TSource, TSource, int?> comparer)
    {
        this.comparer = comparer;
    }

    public int? Compare(TSource x, TSource y)
    {
        return comparer(x,y);
    }
}

这可以稍微美化使用,所以我的测试看起来像下面

 var data = new int[] { 8,7,6,5,4,3,2,1,0 };
 var partiallyOrdered = data.PartialOrderBy((x, y) =>
     {
        if (x % 2 == 0 && y % 2 != 0) return null;
        return x.CompareTo(y);
     });
于 2016-07-12T09:31:36.240 回答