深度优先搜索(DFS)

一、什么是深度优先搜索?

深度优先搜索就是说:从一个顶点开始,沿着某条路往下走,一直走到底,如果走完后发现不能达到目标解,就回溯,返回到上一个节点,换条路,然后继续走到底,如此往复,直至所有可能的结果都被搜索完。

通俗理解就是不撞南墙不回头这种感觉

二、深度优先搜索的特点

  • 一般找不到最优解

  • 当深度限制不合理时,可能找不到解,可以将算法改为可变深度限制

  • 如果有解,且深度限制合理,就可以找到解

三、深度优先搜索适合解决什么问题?

给了某些初始条件,寻找是否有解,不要求最优解

四、全排列问题来详解DFS

全排列问题是,给一组数据,找出所有可能的组合

下面用1 2 3这三个数来举例子

image.png

我们现在相当于要往上面第一个状态里全排列填入1 2 3三个数字

  1. 最初三个空位都是空的,在第一个状态

  2. 在第一个状态的第一个空位填入1,到达第二个状态

  3. 在第一个状态的第二个空位填入2,到达第三个状态

  4. 在第一个状态的第三个空位填入3,到达第四个状态,空位填完,无法继续填数,输出这个解123

  5. 后退一步,退到第三个状态,第三个空位没有填,这个空位除了可以填3没有可以填的了,所以继续后退,退到第二个状态

  6. 在第二个状态的第二个空位填3,到达第五个状态

  7. 在第五个状态的第三个空位填2,到达第六个状态,空位填完,无法继续填数,输出这个解132

  8. 后退一步,退到第五个状态,第三个空位没有填,这个空位除了可以填2没有可以填的了,所以继续后退,退到第二个状态

  9. 在第二个状态的第二个空位除了填2和填3没有可以填的了,所以退到第一个状态

  10. 在第一个状态的第一个空位填入2,到达第七个状态

  11. 在第一个状态的第二个空位填入1,到达第八个状态

  12. 在第一个状态的第三个空位填入3,到达第九个状态,空位填完,无法继续填数,输出这个解213

  13. 后退一步,退到第八个状态,第三个空位没有填,这个空位除了可以填3没有可以填的了,所以继续后退,退到第二七个状态

  14. 在第七个状态的第二个空位填3,到达第十个状态

  15. 在第十个状态的第三个空位填1,到达第十一个状态,空位填完,无法继续填数,输出这个解231

  16. 后退一步,退到第十个状态,第三个空位没有填,这个空位除了可以填1没有可以填的了,所以继续后退,退到第七个状态

  17. 在第七个状态的第二个空位除了填1和填3没有可以填的了,所以退到第一个状态

  18. 在第一个状态的第一个空位填入3,到达第十二个状态

  19. 在第一个状态的第二个空位填入1,到达第十三个状态

  20. 在第一个状态的第三个空位填入2,到达第十四个状态,空位填完,无法继续填数,输出这个解312

  21. 后退一步,退到第十三个状态,第三个空位没有填,这个空位除了可以填2没有可以填的了,所以继续后退,退到第十二个状态

  22. 在第十二个状态的第二个空位填2,到达第十五个状态

  23. 在十第五个状态的第三个空位填1,到达第十六个状态,空位填完,无法继续填数,输出这个解321

  24. 后退一步,退到第十五个状态,第三个空位没有填,这个空位除了可以填1没有可以填的了,所以继续后退,退到第十二个状态

  25. 在第十二个状态的第二个空位除了填1和填2没有可以填的了,所以退到第一个状态,第一个状态的第一个空位除了填1和填2和填3没有可以填的了,故结束。

这个过程可以用下面的代码来表示:

#include <iostream>

using namespace std;

const int N = 20;

int n;
int a[N]; //结果数组
bool s[N];//节点状态


void dfs(int x){// x 是递归层数,深搜层数
    if(x == n){//如果已经到最后一层
        for(int i=0;i<n;i++){//打印结果
            cout << a[i] << " ";
        }
        cout << endl;
        return ;
    }
    
    else {
        for(int i=1;i<=n;i++){//将在每一层上可能出现的所有的数都遍历一次
            if(!s[i]){
                a[x] = i;//存储这一层的值
                s[i] = true;//将i这个数的状态改为true,表示已经访问过,这样在下面的dfs(x+1)中会从i+1这个点开始
                dfs(x+1);//递归进入下一层
                s[i] = false;// 恢复现场,便于回溯
            }
        }
    }
}



int main(){
    cin >> n;
    dfs(0);
    return 0;
}
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