BFS&DFS

“搜索”算法

深度优先搜索算法和广度优先搜索算法都是基于“图”这种数据结构。

图上的搜索算法就是,在图中找出从一个顶点出发,到另一个顶点的路径。图上的搜索算法有深度优先、广度优先搜索算法,和*A**、IDA* 等启发式搜索算法。

广度优先搜索和深度优先搜索是图上的两种最常用、最基本的搜索算法,仅适用于状态空间不大的搜索。它们比*A**、IDA* 等启发式搜索算法要简单粗暴,没有什么优化,所以也叫作暴力搜索算法。

广度优先搜索,采用地毯式层层推进,从起始顶点开始,依次往外遍历。广度优先搜索需要借助队列来实现,遍历得到的路径就是起始顶点到终止顶点的最短路径。

深度优先搜索,采用回溯思想,适合用递归或栈来实现。遍历得到的路径并不是最短路径。

深度优先和广度优先搜索的时间复杂度都是 O(E),空间复杂度都是 O(V)。其中E代表边,O代表顶点。

下面java语言实现用邻接表来存储无向图:

public class Graph { // 无向图  private int v; // 顶点的个数  private LinkedList<Integer> adj[]; // 邻接表  public Graph(int v) {    this.v = v;    adj = new LinkedList[v];    for (int i=0; i<v; ++i) {      adj[i] = new LinkedList<>();    }  }  public void addEdge(int s, int t) { // 无向图一条边存两次    adj[s].add(t);    adj[t].add(s);  }}

广度优先搜索(BFS)

广度优先搜索(Breadth-First-Search),简称 BFS。它是一种“地毯式”层层推进的搜索策略,即先查找离起始顶点最近的,然后是次近的,依次往外搜索:

1570497713857

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下面的java代码实现基于上面Graph的定义:

bfs() 函数用于搜索一条从 s 到 t 的最短路径,其中 s 表示起始顶点,t 表示终止顶点。

visited是用来记录已经被访问的顶点,用来避免顶点被重复访问。如果顶点 q 被访问,那相应的 visited[q] 会被设置为 true。

queue是一个队列,用来存储已经被访问、但相连的顶点还没有被访问的顶点。

prev用来记录搜索路径。prev[w] 存储的是,顶点 w 是从哪个前驱顶点遍历过来的。比如,通过顶点 2 的邻接表访问到顶点 3,那 prev[3] 就等于 2。为了正向打印出路径需要递归地来打印。

public void bfs(int s, int t) {  if (s == t) return;  boolean[] visited = new boolean[v];  visited[s]=true;  Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();  queue.add(s);  int[] prev = new int[v];  for (int i = 0; i < v; ++i) {    prev[i] = -1;  }  while (queue.size() != 0) {    int w = queue.poll();    for (int i = 0; i < adj[w].size(); ++i) {      int q = adj[w].get(i);      if (!visited[q]) {        prev[q] = w;        if (q == t) {          print(prev, s, t);          return;        }        visited[q] = true;        queue.add(q);      }    }  }}private void print(int[] prev, int s, int t) { // 递归打印 s->t 的路径  if (prev[t] != -1 && t != s) {    print(prev, s, prev[t]);  }  System.out.print(t + " ");}