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圖的遍歷之 深度優先搜索和廣度優先搜索

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本章會先對圖的深度優先搜索和廣度優先搜索進行介紹,然後再給出C/C++/Java的實現。

目錄
1. 深度優先搜索的圖文介紹
1.1 深度優先搜索介紹
1.2 深度優先搜索圖解
2. 廣度優先搜索的圖文介紹
2.1 廣度優先搜索介紹
2.2 廣度優先搜索圖解
3. 搜索算法的源碼

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更多內容:數據結構與算法系列 目錄

深度優先搜索的圖文介紹

1. 深度優先搜索介紹

圖的深度優先搜索(Depth First Search),和樹的先序遍歷比較類似。

它的思想:假設初始狀態是圖中所有頂點均未被訪問,則從某個頂點v出發,首先訪問該頂點,然後依次從它的各個未被訪問的鄰接點出發深度優先搜索遍歷圖,直至圖中所有和v有路徑相通的頂點都被訪問到。 若此時尚有其他頂點未被訪問到,則另選一個未被訪問的頂點作起始點,重復上述過程,直至圖中所有頂點都被訪問到為止。

顯然,深度優先搜索是一個遞歸的過程。

2. 深度優先搜索圖解

2.1 無向圖的深度優先搜索

下面以"無向圖"為例,來對深度優先搜索進行演示。

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對上面的圖G1進行深度優先遍歷,從頂點A開始。

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第1步:訪問A。
第2步:訪問(A的鄰接點)C。
在第1步訪問A之後,接下來應該訪問的是A的鄰接點,即"C,D,F"中的一個。但在本文的實現中,頂點ABCDEFG是按照順序存儲,C在"D和F"的前面,因此,先訪問C。
第3步:訪問(C的鄰接點)B。
在第2步訪問C之後,接下來應該訪問C的鄰接點,即"B和D"中一個(A已經被訪問過,就不算在內)。而由於B在D之前,先訪問B。
第4步

:訪問(C的鄰接點)D。
在第3步訪問了C的鄰接點B之後,B沒有未被訪問的鄰接點;因此,返回到訪問C的另一個鄰接點D。
第5步:訪問(A的鄰接點)F。
前面已經訪問了A,並且訪問完了"A的鄰接點B的所有鄰接點(包括遞歸的鄰接點在內)";因此,此時返回到訪問A的另一個鄰接點F。
第6步:訪問(F的鄰接點)G。
第7步:訪問(G的鄰接點)E。

因此訪問順序是:A -> C -> B -> D -> F -> G -> E

2.2 有向圖的深度優先搜索

下面以"有向圖"為例,來對深度優先搜索進行演示。

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對上面的圖G2進行深度優先遍歷,從頂點A開始。

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第1步:訪問A。
第2步:訪問B。
在訪問了A之後,接下來應該訪問的是A的出邊的另一個頂點,即頂點B。
第3步:訪問C。
在訪問了B之後,接下來應該訪問的是B的出邊的另一個頂點,即頂點C,E,F。在本文實現的圖中,頂點ABCDEFG按照順序存儲,因此先訪問C。
第4步:訪問E。
接下來訪問C的出邊的另一個頂點,即頂點E。
第5步:訪問D。
接下來訪問E的出邊的另一個頂點,即頂點B,D。頂點B已經被訪問過,因此訪問頂點D。
第6步:訪問F。
接下應該回溯"訪問A的出邊的另一個頂點F"。
第7步:訪問G。

因此訪問順序是:A -> B -> C -> E -> D -> F -> G

廣度優先搜索的圖文介紹

1. 廣度優先搜索介紹

廣度優先搜索算法(Breadth First Search),又稱為"寬度優先搜索"或"橫向優先搜索",簡稱BFS。

它的思想是:從圖中某頂點v出發,在訪問了v之後依次訪問v的各個未曾訪問過的鄰接點,然後分別從這些鄰接點出發依次訪問它們的鄰接點,並使得“先被訪問的頂點的鄰接點先於後被訪問的頂點的鄰接點被訪問,直至圖中所有已被訪問的頂點的鄰接點都被訪問到。如果此時圖中尚有頂點未被訪問,則需要另選一個未曾被訪問過的頂點作為新的起始點,重復上述過程,直至圖中所有頂點都被訪問到為止。

換句話說,廣度優先搜索遍歷圖的過程是以v為起點,由近至遠,依次訪問和v有路徑相通且路徑長度為1,2...的頂點。

2. 廣度優先搜索圖解

2.1 無向圖的廣度優先搜索

下面以"無向圖"為例,來對廣度優先搜索進行演示。還是以上面的圖G1為例進行說明。

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第1步:訪問A。
第2步:依次訪問C,D,F。
在訪問了A之後,接下來訪問A的鄰接點。前面已經說過,在本文實現中,頂點ABCDEFG按照順序存儲的,C在"D和F"的前面,因此,先訪問C。再訪問完C之後,再依次訪問D,F。
第3步:依次訪問B,G。
在第2步訪問完C,D,F之後,再依次訪問它們的鄰接點。首先訪問C的鄰接點B,再訪問F的鄰接點G。
第4步:訪問E。
在第3步訪問完B,G之後,再依次訪問它們的鄰接點。只有G有鄰接點E,因此訪問G的鄰接點E。

因此訪問順序是:A -> C -> D -> F -> B -> G -> E

2.2 有向圖的廣度優先搜索

下面以"有向圖"為例,來對廣度優先搜索進行演示。還是以上面的圖G2為例進行說明。

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第1步:訪問A。
第2步:訪問B。
第3步:依次訪問C,E,F。
在訪問了B之後,接下來訪問B的出邊的另一個頂點,即C,E,F。前面已經說過,在本文實現中,頂點ABCDEFG按照順序存儲的,因此會先訪問C,再依次訪問E,F。
第4步:依次訪問D,G。
在訪問完C,E,F之後,再依次訪問它們的出邊的另一個頂點。還是按照C,E,F的順序訪問,C的已經全部訪問過了,那麽就只剩下E,F;先訪問E的鄰接點D,再訪問F的鄰接點G。

因此訪問順序是:A -> B -> C -> E -> F -> D -> G

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