深度优先搜索理论基础
两者大概的区别:
dfs是朝一个方向去搜,不到黄河不回头,直到遇到绝境了,搜不下去了,再换方向(换方向的过程就涉及到了回溯)。
bfs是先把本节点所连接的所有节点遍历一遍,走到下一个节点的时候,再把连接节点的所有节点遍历一遍,搜索方向更像是广度,四面八方的搜索过程。
dfs搜索过程
如图一,是一个无向图,我们要搜索从节点1到节点6的所有路径。
那么dfs搜索的第一条路径是这样的: (假设第一次延默认方向,就找到了节点6),图二

此时我们找到了节点6,(遇到黄河了,是不是应该回头了),那么应该再去搜索其他方向了。 如图三:

路径2撤销了,改变了方向,走路径3(红色线), 接着也找到终点6。 那么撤销路径2,改为路径3,在dfs中其实就是回溯的过程(这一点很重要,很多录友不理解dfs代码中回溯是用来干什么的)
又找到了一条从节点1到节点6的路径,又到黄河了,此时再回头,下图图四中,路径4撤销(回溯的过程),改为路径5。

又找到了一条从节点1到节点6的路径,又到黄河了,此时再回头,下图图五,路径6撤销(回溯的过程),改为路径7,路径8 和 路径7,路径9, 结果发现死路一条,都走到了自己走过的节点。

那么节点2所连接路径和节点3所链接的路径 都走过了,撤销路径只能向上回退,去选择撤销当初节点4的选择,也就是撤销路径5,改为路径10 。 如图图六:

上图演示中,其实我并没有把 所有的 从节点1 到节点6的dfs(深度优先搜索)的过程都画出来,那样太冗余了,但 已经把dfs 关键的地方都涉及到了,关键就两点:
- 搜索方向,是认准一个方向搜,直到碰壁之后再换方向
- 换方向是撤销原路径,改为节点链接的下一个路径,回溯的过程。
代码框架
二叉树的递归法其实就是dfs,而二叉树的迭代法,就是bfs(广度优先搜索)
所以dfs,bfs其实是基础搜索算法,也广泛应用与其他数据结构与算法中。
回溯法代码框架:
void backtracking(参数) {
if (终止条件) {
存放结果;
return;
}
for (选择:本层集合中元素(树中节点孩子的数量就是集合的大小)) {
处理节点;
backtracking(路径,选择列表); // 递归
回溯,撤销处理结果
}
}
回溯算法,其实就是dfs的过程
dfs算法框架:
void dfs(参数) {
if (终止条件) {
存放结果;
return;
}
for (选择:本节点所连接的其他节点) {
处理节点;
dfs(图,选择的节点); // 递归
回溯,撤销处理结果
}
}
深搜三部曲
1.确认递归函数,参数
一般情况,深搜需要 二维数组数组结构保存所有路径,需要一维数组保存单一路径,这种保存结果的数组,我们可以定义一个全局变量,避免让我们的函数参数过多。
如:
ArrayList<ArrayList<int>> result; // 保存符合条件的所有路径
ArrayList<int> path; // 起点到终点的路径
void dfs (图,目前搜索的节点)
2.确认终止条件
if (终止条件) {
存放结果;
return;
}
终止添加不仅是结束本层递归,同时也是我们收获结果的时候。
3.处理目前搜索节点出发的路径
for (选择:本节点所连接的其他节点) {
处理节点;
dfs(图,选择的节点); // 递归
回溯,撤销处理结果
}
广度优先搜索理论基础
广搜的应用场景
广搜的搜索方式就适合于解决两个点之间的最短路径问题。
因为广搜是从起点出发,以起始点为中心一圈一圈进行搜索,一旦遇到终点,记录之前走过的节点就是一条最短路。
当然,也有一些问题是广搜 和 深搜都可以解决的,例如岛屿问题,这类问题的特征就是不涉及具体的遍历方式,只要能把相邻且相同属性的节点标记上就行。
广搜的过程
我们用一个方格地图,假如每次搜索的方向为 上下左右(不包含斜上方),那么给出一个start起始位置,那么BFS就是从四个方向走出第一步。

如果加上一个end终止位置,那么使用BFS的搜索过程如图所示:

我们从图中可以看出,从start起点开始,是一圈一圈,向外搜索,方格编号1为第一步遍历的节点,方格编号2为第二步遍历的节点,第四步的时候我们找到终止点end。
正是因为BFS一圈一圈的遍历方式,所以一旦遇到终止点,那么一定是一条最短路径。
而且地图还可以有障碍,如图所示:

从图中可以看出,如果添加了障碍,我们是第六步才能走到end终点。
只要BFS只要搜到终点一定是一条最短路径
代码框架
需要一个容器,能保存我们要遍历过的元素就可以,那么用队列,还是用栈,甚至用数组,都是可以的。
用队列的话,就是保证每一圈都是一个方向去转,例如统一顺时针或者逆时针。
因为队列是先进先出,加入元素和弹出元素的顺序是没有改变的。
如果用栈的话,就是第一圈顺时针遍历,第二圈逆时针遍历,第三圈有顺时针遍历。
因为栈是先进后出,加入元素和弹出元素的顺序改变了。
那么广搜需要注意 转圈搜索的顺序吗? 不需要!
// 表示四个方向:右、下、左、上
private static final int[][] dir = {{0, 1}, {1, 0}, {0, -1}, {-1, 0}};
// grid 是地图,visited 用来标记访问过的节点
public static void bfs(char[][] grid, boolean[][] visited, int x, int y) {
Queue<int[]> queue = new LinkedList<>(); // 定义队列
queue.offer(new int[]{x, y}); // 起始节点加入队列
visited[x][y] = true; // 只要加入队列,立刻标记为访问过的节点
while (!queue.isEmpty()) { // 开始遍历队列里的元素
int[] cur = queue.poll(); // 从队列取出元素
int curx = cur[0];
int cury = cur[1]; // 当前节点坐标
// 开始想当前节点的四个方向(右、下、左、上)去遍历
for (int i = 0; i < 4; i++) {
int nextx = curx + dir[i][0];
int nexty = cury + dir[i][1]; // 获取周边四个方向的坐标
// 坐标越界了,直接跳过
if (nextx < 0 || nextx >= grid.length || nexty < 0 || nexty >= grid[0].length) {
continue;
}
// 如果节点没被访问过
if (!visited[nextx][nexty]) {
queue.offer(new int[]{nextx, nexty}); // 队列添加该节点为下一轮要遍历的节点
visited[nextx][nexty] = true; // 只要加入队列立刻标记,避免重复访问
}
}
}
}



说些什么吧!