搜索算法-DFS&BFS

百度百科关于搜索算法的定义:搜索算法是利用计算机的高性能来有目的的穷举一个问题解空间的部分或所有的可能情况,从而求出问题的解的一种方法。从定义可知,搜索算法本质是一种穷举算法,是列出所有的可能性。另一方面它也是一种有目的的搜索算法,所以在穷举的过程中需要进行剪枝来提高执行效率避免超时TLE。
搜索算法中常用的只要有两种算法:深度优先遍历(Depth-First-Search : DFS)和广度优先遍历(Breadth-First-Search : BFS)。
算法基础:BFS和DFS的直观解释用图的形式非常形象地概况出了两者在求解上的差异。通过该文对BFS和DFS有了模糊的认识。
仍然以上文的例子,如下图,灰色代表墙壁,绿色代表起点,红色代表终点。

BFS&DFS.png

BFS&DFS的异同及应用场景

BFS

广度优先搜索算法BFS是一种使用队列来保存中间状态并最终求解的算法,其搜索过程和 “湖面丢进一块石头激起层层涟漪” 类似。以走迷宫为例,最开始人在起点,首先把走一步能到的位置全都放在队列里,走一步所到达的位置全部放入完毕后,比如A,B两点,然后计算两步可以到达的位置,此时需要先从队列里取出头节点A,然后把A一走能走到的位置插入到队列中(假如是C、D),然后再把B点取出,把B一步能走到的位置插入到队列中(假如是E、F),此时队列变为C、D、E、F。此时队列中保存的是从起点两步可达的地方。以此类推。BFS就是利用队列先进先出的特性,把中间节点的信息保存在队列中,直到达到最优解。
使用场景:一般用于求解最优解,如最小步数,最短路径等,但是现在也会有些题目会给程序员挖坑,比如求解最大的解,这时候脑海中需要判断这个最优解是不是涟漪最先到达的位置,如果相反是最后到达的位置,使用BFS显然就不对了,会造成计算的空间复杂度高而使得内存爆掉。
特点:队列保存中间状态,状态的维护更新较为复杂,算法的空间复杂度高

DFS

深度优先搜索算法DFS是一种利用递归实现的搜索算法。其搜索过程和 “不撞南墙不回头” 类似。以走迷宫为例,DFS的走法是从起点一直走,假如从a-b-c-d,此时发现d点无路可走,需要退回c点继续走,假如是a-b-c-e-f,f是出口,就走出了迷宫。这个过程中就使用了递归技术。
使用场景:适合搜索全部的解,比如迷宫从起点走到终点的路径个数等等,这时显然需要遍历所有的解空间,而使用BFS需要记录很多的中间状态,使用DFS则不需要,使用递归非常简单的实现,空间复杂度低。
特点:空间复杂度低,递归效率差,可能爆栈

相同点

BFS和DFS在求解过程中,一般都需要剪枝,而剪枝的好坏决定了程序运行的性能,剪枝的策略有很多,需要根据题目进行思考,一般的剪枝策略包含:无效值剪枝、最优性剪枝等。
另外在BFS、DFS中一般需要记录状态的变化,如走迷宫,BFS需要记录当前位置是从起点走几步到的,如X点,可能走3 、4 、5步都可以到,但是只有第3步才有意义,因为第4、5步走的肯定不如第3步走到X点更优。在DFS走迷宫时,也需要记录该点是否走过。
状态的记录及剪枝对于算法非常重要。

代码模板

DFS代码模板
void dfs(depth,...) 
{  
    if(目标解)  //
    {  
        ...//记录当前全局状态信息到结果中  
        return;  
    }  

    for(...)//从当前状态扩展下一状态  
    {  
        if(非法状态 ) continue;
        if(剪枝条件) continue;
        修改全局状态变量;  
         dfs(depth+1, ...);  
         还原全局状态变量;  
        }  
    }  
}  
BFS代码模板
void bfs() 
{  
    queue<Node> q;
    q.push(head); //将起点插入到列表中
    isvisited[head]=true; // 标记首节点已经被访问: 
    while(!q.empty())
    {
        int temp=q.front();
        q.pop();
        for(...)//从当前状态扩展下一状态  
        {  
            if(非法状态 ) continue;
            if(剪枝条件)  continue;//比如被访问过
            Node next = ....;
            isvisited[next]=true;
            q.push(next);
    }
}  

关于BFS、DFS不太好用语言去描述,但是上面的这些思路有一定的指导意义,可以先试着做几道题目再回来看,相信你会有收获。

题目可以参考:
基本搜索算法(DFS|BFS)
后面我也会根据时间更新些典型代码。

WalkeR-ZG

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 203,324评论 5 476
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 85,303评论 2 381
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 150,192评论 0 337
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 54,555评论 1 273
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 63,569评论 5 365
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 48,566评论 1 281
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 37,927评论 3 395
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,583评论 0 257
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 40,827评论 1 297
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,590评论 2 320
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,669评论 1 329
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,365评论 4 318
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 38,941评论 3 307
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,928评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,159评论 1 259
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 42,880评论 2 349
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,399评论 2 342

推荐阅读更多精彩内容