[Java学习] BFS算法示例


前言

上篇有写到DFS算法的大致思路和一个应用案例。本篇主要介绍BFS算法(广度优先搜索)的思路和两个案例。


一、BFS算法的大致思路

BFS算法利用了数据结构中的队列,他的算法思想大体如下:
在这里插入图片描述
(1)A为最高层作为队列的队头,将其移出队列,并将相邻元素移入队列。
在这里插入图片描述
B C D F作为A的相邻队列进入队列
(1)将B移出队列,如果B有邻接点且未被访问过,将其依次压入队列
(2)将C移出队列,如果C有邻接点且未被访问过,将其依次压入队列
(3)将D移出队列,将其邻接点E压入队列

在这里插入图片描述
将D移出队列,将其邻接点H,G依次压入队列

在这里插入图片描述
对队列中剩余元素重复相同操作,直至所有元素都被访问过。

由此可见,DFS通俗来讲为“追查到底”,而BFS可以称为“逐层搜索”。

二、两个案例

1.走迷宫

1.1 问题描述

给定一个 n × m n×m n×m 的二维整数数组,用来表示一个迷宫,数组中只包含 0 0 0 1 1 1,其中 0 0 0 表示可以走的路, 1 1 1 表示不可通过的墙壁。

最初,有一个人位于左上角 ( 1 , 1 ) (1,1) (1,1) 处,已知该人每次可以向上、下、左、右任意一个方向移动一个位置。

请问,该人从左上角移动至右下角 ( n , m ) (n,m) (n,m) 处,至少需要移动多少次。

数据保证 ( 1 , 1 ) (1,1) (1,1) 处和 ( n , m ) (n,m) (n,m) 处的数字为 0,且一定至少存在一条通路。

1.2 实现代码

import java.io.*;
import java.util.*;

class Main {
   
   
    private static int N = 110;
    private static int[][] q = new int[N][N];
    private static int[][] d = new int[N][N];

    public static void main(String[] args) throws IOException {
   
   
        BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));<
下面是Java实现BFS算法示例代码: ``` import java.util.*; public class BFS { // 定义图的邻接矩阵表示 private int[][] graph; // 定义存储节点是否被访问的数组 private boolean[] visited; // 定义存储遍历结果的队列 private Queue<Integer> result; public BFS(int[][] graph) { this.graph = graph; visited = new boolean[graph.length]; result = new LinkedList<>(); } // BFS算法的实现 public void bfsTraversal(int startNode) { Queue<Integer> queue = new LinkedList<>(); visited[startNode] = true; queue.offer(startNode); while (!queue.isEmpty()) { int node = queue.poll(); result.offer(node); for (int i = 0; i < graph[node].length; i++) { if (graph[node][i] == 1 && !visited[i]) { visited[i] = true; queue.offer(i); } } } } // 获取遍历结果 public Queue<Integer> getResult() { return result; } public static void main(String[] args) { // 创建示例图的邻接矩阵表示 int[][] graph = { {0, 1, 1, 0, 0}, {1, 0, 0, 1, 1}, {1, 0, 0, 1, 0}, {0, 1, 1, 0, 1}, {0, 1, 0, 1, 0} }; // 创建BFS对象并进行遍历 BFS bfs = new BFS(graph); bfs.bfsTraversal(0); // 输出遍历结果 Queue<Integer> result = bfs.getResult(); while (!result.isEmpty()) { System.out.print(result.poll() + " "); } } } ``` 该代码实现了BFS算法,并对一个示例图进行了遍历。其中,`graph`数组表示示例图的邻接矩阵,`visited`数组表示节点是否被访问,`result`队列用于存储遍历结果。`bfsTraversal`方法实现了BFS算法,`getResult`方法用于获取遍历结果。在`main`方法中创建BFS对象并进行遍历,最后输出遍历结果。
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