* transcode_data.h (rb_transcoder_stateful_type_t): defined.
[ruby-svn.git] / lib / tsort.rb
bloba014e7f6c2345e12c6e9189cb7105e2ab369d2bc
1 #!/usr/bin/env ruby
2 #--
3 # tsort.rb - provides a module for topological sorting and strongly connected components.
4 #++
8 # TSort implements topological sorting using Tarjan's algorithm for
9 # strongly connected components.
11 # TSort is designed to be able to be used with any object which can be
12 # interpreted as a directed graph.
14 # TSort requires two methods to interpret an object as a graph,
15 # tsort_each_node and tsort_each_child.
17 # * tsort_each_node is used to iterate for all nodes over a graph.
18 # * tsort_each_child is used to iterate for child nodes of a given node.
20 # The equality of nodes are defined by eql? and hash since
21 # TSort uses Hash internally.
23 # == A Simple Example
25 # The following example demonstrates how to mix the TSort module into an
26 # existing class (in this case, Hash). Here, we're treating each key in
27 # the hash as a node in the graph, and so we simply alias the required
28 # #tsort_each_node method to Hash's #each_key method. For each key in the
29 # hash, the associated value is an array of the node's child nodes. This
30 # choice in turn leads to our implementation of the required #tsort_each_child
31 # method, which fetches the array of child nodes and then iterates over that
32 # array using the user-supplied block.
34 #   require 'tsort'
35 #   
36 #   class Hash
37 #     include TSort
38 #     alias tsort_each_node each_key
39 #     def tsort_each_child(node, &block)
40 #       fetch(node).each(&block)
41 #     end
42 #   end
43 #   
44 #   {1=>[2, 3], 2=>[3], 3=>[], 4=>[]}.tsort
45 #   #=> [3, 2, 1, 4]
46 #   
47 #   {1=>[2], 2=>[3, 4], 3=>[2], 4=>[]}.strongly_connected_components
48 #   #=> [[4], [2, 3], [1]]
50 # == A More Realistic Example
52 # A very simple `make' like tool can be implemented as follows:
54 #   require 'tsort'
55 #   
56 #   class Make
57 #     def initialize
58 #       @dep = {}
59 #       @dep.default = []
60 #     end
61 #     
62 #     def rule(outputs, inputs=[], &block)
63 #       triple = [outputs, inputs, block]
64 #       outputs.each {|f| @dep[f] = [triple]}
65 #       @dep[triple] = inputs
66 #     end
67 #     
68 #     def build(target)
69 #       each_strongly_connected_component_from(target) {|ns|
70 #         if ns.length != 1
71 #           fs = ns.delete_if {|n| Array === n}
72 #           raise TSort::Cyclic.new("cyclic dependencies: #{fs.join ', '}")
73 #         end
74 #         n = ns.first
75 #         if Array === n
76 #           outputs, inputs, block = n
77 #           inputs_time = inputs.map {|f| File.mtime f}.max
78 #           begin
79 #             outputs_time = outputs.map {|f| File.mtime f}.min
80 #           rescue Errno::ENOENT
81 #             outputs_time = nil
82 #           end
83 #           if outputs_time == nil ||
84 #              inputs_time != nil && outputs_time <= inputs_time
85 #             sleep 1 if inputs_time != nil && inputs_time.to_i == Time.now.to_i
86 #             block.call
87 #           end
88 #         end
89 #       }
90 #     end
91 #     
92 #     def tsort_each_child(node, &block)
93 #       @dep[node].each(&block)
94 #     end
95 #     include TSort
96 #   end
97 #   
98 #   def command(arg)
99 #     print arg, "\n"
100 #     system arg
101 #   end
102 #   
103 #   m = Make.new
104 #   m.rule(%w[t1]) { command 'date > t1' }
105 #   m.rule(%w[t2]) { command 'date > t2' }
106 #   m.rule(%w[t3]) { command 'date > t3' }
107 #   m.rule(%w[t4], %w[t1 t3]) { command 'cat t1 t3 > t4' }
108 #   m.rule(%w[t5], %w[t4 t2]) { command 'cat t4 t2 > t5' }
109 #   m.build('t5')
111 # == Bugs
113 # * 'tsort.rb' is wrong name because this library uses
114 #   Tarjan's algorithm for strongly connected components.
115 #   Although 'strongly_connected_components.rb' is correct but too long.
117 # == References
119 # R. E. Tarjan, "Depth First Search and Linear Graph Algorithms",
120 # <em>SIAM Journal on Computing</em>, Vol. 1, No. 2, pp. 146-160, June 1972.
123 module TSort
124   class Cyclic < StandardError
125   end
127   #
128   # Returns a topologically sorted array of nodes.
129   # The array is sorted from children to parents, i.e.
130   # the first element has no child and the last node has no parent.
131   #
132   # If there is a cycle, TSort::Cyclic is raised.
133   #
134   def tsort
135     result = []
136     tsort_each {|element| result << element}
137     result
138   end
140   #
141   # The iterator version of the #tsort method.
142   # <tt><em>obj</em>.tsort_each</tt> is similar to <tt><em>obj</em>.tsort.each</tt>, but
143   # modification of _obj_ during the iteration may lead to unexpected results.
144   #
145   # #tsort_each returns +nil+.
146   # If there is a cycle, TSort::Cyclic is raised.
147   #
148   def tsort_each # :yields: node
149     each_strongly_connected_component {|component|
150       if component.size == 1
151         yield component.first
152       else
153         raise Cyclic.new("topological sort failed: #{component.inspect}")
154       end
155     }
156   end
158   #
159   # Returns strongly connected components as an array of arrays of nodes.
160   # The array is sorted from children to parents.
161   # Each elements of the array represents a strongly connected component.
162   #
163   def strongly_connected_components
164     result = []
165     each_strongly_connected_component {|component| result << component}
166     result
167   end
169   #
170   # The iterator version of the #strongly_connected_components method.
171   # <tt><em>obj</em>.each_strongly_connected_component</tt> is similar to
172   # <tt><em>obj</em>.strongly_connected_components.each</tt>, but
173   # modification of _obj_ during the iteration may lead to unexpected results.
174   #
175   #
176   # #each_strongly_connected_component returns +nil+.
177   #
178   def each_strongly_connected_component # :yields: nodes
179     id_map = {}
180     stack = []
181     tsort_each_node {|node|
182       unless id_map.include? node
183         each_strongly_connected_component_from(node, id_map, stack) {|c|
184           yield c
185         }
186       end
187     }
188     nil
189   end
191   #
192   # Iterates over strongly connected component in the subgraph reachable from 
193   # _node_.
194   #
195   # Return value is unspecified.
196   #
197   # #each_strongly_connected_component_from doesn't call #tsort_each_node.
198   #
199   def each_strongly_connected_component_from(node, id_map={}, stack=[]) # :yields: nodes
200     minimum_id = node_id = id_map[node] = id_map.size
201     stack_length = stack.length
202     stack << node
204     tsort_each_child(node) {|child|
205       if id_map.include? child
206         child_id = id_map[child]
207         minimum_id = child_id if child_id && child_id < minimum_id
208       else
209         sub_minimum_id =
210           each_strongly_connected_component_from(child, id_map, stack) {|c|
211             yield c
212           }
213         minimum_id = sub_minimum_id if sub_minimum_id < minimum_id
214       end
215     }
217     if node_id == minimum_id
218       component = stack.slice!(stack_length .. -1)
219       component.each {|n| id_map[n] = nil}
220       yield component
221     end
223     minimum_id
224   end
226   #
227   # Should be implemented by a extended class.
228   #
229   # #tsort_each_node is used to iterate for all nodes over a graph.
230   #
231   def tsort_each_node # :yields: node
232     raise NotImplementedError.new
233   end
235   #
236   # Should be implemented by a extended class.
237   #
238   # #tsort_each_child is used to iterate for child nodes of _node_.
239   #
240   def tsort_each_child(node) # :yields: child
241     raise NotImplementedError.new
242   end
245 if __FILE__ == $0
246   require 'test/unit'
248   class TSortHash < Hash # :nodoc:
249     include TSort
250     alias tsort_each_node each_key
251     def tsort_each_child(node, &block)
252       fetch(node).each(&block)
253     end
254   end
256   class TSortArray < Array # :nodoc:
257     include TSort
258     alias tsort_each_node each_index
259     def tsort_each_child(node, &block)
260       fetch(node).each(&block)
261     end
262   end
264   class TSortTest < Test::Unit::TestCase # :nodoc:
265     def test_dag
266       h = TSortHash[{1=>[2, 3], 2=>[3], 3=>[]}]
267       assert_equal([3, 2, 1], h.tsort)
268       assert_equal([[3], [2], [1]], h.strongly_connected_components)
269     end
271     def test_cycle
272       h = TSortHash[{1=>[2], 2=>[3, 4], 3=>[2], 4=>[]}]
273       assert_equal([[4], [2, 3], [1]],
274         h.strongly_connected_components.map {|nodes| nodes.sort})
275       assert_raise(TSort::Cyclic) { h.tsort }
276     end
278     def test_array
279       a = TSortArray[[1], [0], [0], [2]]
280       assert_equal([[0, 1], [2], [3]],
281         a.strongly_connected_components.map {|nodes| nodes.sort})
283       a = TSortArray[[], [0]]
284       assert_equal([[0], [1]],
285         a.strongly_connected_components.map {|nodes| nodes.sort})
286     end
287   end