数据结构与算法之美【18】-深度和广度优先搜索

本文介绍了深度优先搜索(DFS)和广度优先搜索(BFS)这两种重要的图遍历算法。DFS采用回溯思想,类似于走迷宫,可能找到的路径不是最短的;而BFS则按照层次进行搜索,优先查找距离起点最近的节点。这两种算法都适用于无向图和有向图,且可以使用邻接表或邻接矩阵来存储图数据。通过示例图,详细阐述了两种算法的工作原理及其在寻找路径问题中的应用。

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我们知道,算法是作用于具体数据结构之上的,深度优先搜索算法和广度优先搜索算法都是基于“图”这种数据结构的。这是因为,图这种数据结构的表达能力很强,大部分涉及搜索的场景都可以抽象成“图”。

我们上一节讲过,图有两种主要存储方法,邻接表和邻接矩阵。需要说明一下,深度优先搜索算法和广度优先搜索算法,既可以用在无向图,也可以用在有向图上。

1、广度优先搜索(BFS)

广度优先搜索(Breadth-First-Search),我们平常都简称 BFS。直观地讲,它其实就是一种“地毯式”层层推进的搜索策略,即先查找离起始顶点最近的,然后是次近的,依次往外搜索。理解起来并不难,所以我画了一张示意图,你可以看下。

2、深度优先搜索(DFS) 

深度优先搜索(Depth-First-Search),简称 DFS。最直观的例子就是“走迷宫”:假设你站在迷宫的某个岔路口,然后想找到出口。你随意选择一个岔路口来走,走着走着发现走不通的时候,你就回退到上一个岔路口,重新选择一条路继续走,直到最终找到出口。这种走法就是一种深度优先搜索策略。

走迷宫的例子很容易能看懂,我们现在再来看下,如何在图中应用深度优先搜索,来找某个顶点到另一个顶点的路径。你可以看我画的这幅图。搜索的起始顶点是 s,终止顶点是 t,我们希望在图中寻找一条从顶点 s 到顶点 t 的路径。如果映射到迷宫那个例子,s 就是你起始所在的位置,t 就是出口。我用深度递归算法,把整个搜索的路径标记出来了。这里面实线箭头表示遍历,虚线箭头表示回退。从图中我们可以看出,深度优先搜索找出来的路径,并不是顶点 s 到顶点 t 的最短路径。

实际上,深度优先搜索用的是一种比较著名的算法思想,回溯思想。这种思想解决问题的过程,非常适合用递归来实现。 

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