妄论深搜中的标记

深搜的时候,会对搜索过的点进行标记的需要,但有时不用标记也可以,有时需要标记,有时标记后还要回溯,这些可能就是搜索算法中的一个思路中枢了。今日备课到这里,总结了一点经验,妄论一二,请路过的老师指教。

 1、不需要标记的情况

全部排列允许重复使用元素,全部走法等类型问题,通常数据量小于9,因为递归是指数级运算,没有任何剪枝的情况下,需要1e9次运算;例如:迷宫出口,扫地机器人等类型题。

例题如:迷宫出口

描述

一天Extense在森林里探险的时候不小心走入了一个迷宫,迷宫可以看成是由n * n的格点组成,每个格点只有2种状态,0和1,前者表示可以通行后者表示不能通行。同时当Extense处在某个格点时,他只能移动到东南西北(或者说上下左右)四个方向之一的相邻格点上,Extense想要从点A走到点B,问在不走出迷宫的情况下能不能办到。如果起点或者终点有一个不能通行(为1),则看成无法办到。

输入描述

第1行是一个正整数n (1 ≤ n ≤ 8),表示迷宫的规模是n * n的。接下来是一个n * n的矩阵,矩阵中的元素为0或者1。再接下来一行是4个整数ha la hb lb,描述A处在第ha行 第la列,B处在第hb行 第lb列。

输出描述

能办到则输出“YES”,否则输出“NO”。

用例输入 1 

3
0 1 1
0 0 1
1 0 0
1 1 3 3

用例输出 1 

YES

参考代码:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

int n,f=1;
int a[102][102];
int ha,la,hb,lb;
int fx[]={0,1,0,-1};
int fy[]={1,0,-1,0};

void dfs(int x,int y){
    a[x][y] = 1;
    if(x==hb && y==lb){
        cout<<"YES";
        f=0;
        exit(0) ; 
    }
    for(int i=0;i<4;i++){
        int tx=x+fx[i];
        int ty=y+fy[i];
        if(a[tx][ty] == 0 && tx>0&&tx<=n && ty>0&&ty<=n){            
            dfs(tx,ty);
        }
    }
}

int main(){
    cin>>n;
    for(int i=1;i<=n;i++){
        for(int j=1;j<=n;j++){
            cin>>a[i][j];
        }
    }
    cin>>ha>>la>>hb>>lb;
    if(a[ha][la]==a[hb][lb]) cout<<"YES";
    else if(a[ha][la]==1 || a[hb][lb]==1) cout<<"NO";
    else{        
        dfs(ha,la);    
        if(f) cout<<"NO";
    }
    
    return 0;
}



 

 2、需要标记的情况

全排列不允许重复使用元素,迷宫问是否能走到终点,图形填充等类型问题,这类问题通常走过的点不能重复再走,如果增加了剪枝能够提高效率,可以解决相对大一点问题,但不如广搜效率高;但也有例外,有些问题需要找出最小代价,是容易与最短路径概念混淆的,往往有的同学用广搜只能得到部分分值,而用深搜+辅助数组用来计数,从而找出最小代价的方法才是正解。例如:排列数,数池塘,红与黑,迷宫出口等类型题。

例题如:红与黑

描述

有一间长方形的房子,地上铺了红色、黑色两种颜色的正方形瓷砖。你站在其中一块黑色的瓷砖上,只能向上下左右四个方向的相邻的黑色瓷砖移动。请写一个程序,计算你总共能够到达多少块黑色的瓷砖。

输入描述

第一行是两个整数W和H,分别表示x方向和y方向瓷砖的数量。W和H都不超过20。在接下来的H行中,每行包括W个字符。每个字符表示一块瓷砖的颜色,规则如下
1)‘.’:黑色的瓷砖;
2)‘#’:白色的瓷砖;
3)‘@’:黑色的瓷砖,并且你站在这块瓷砖上。该字符在每个数据集合中唯一出现一次。

输出描述

输出一行,显示你从初始位置出发能到达的瓷砖数(记数时包括初始位置的瓷砖)。

用例输入 1 

6 9 
....#. 
.....# 
...... 
...... 
...... 
...... 
...... 
#@...# 
.#..#.

用例输出 1 

45

参考代码如下:

//深搜方法 
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;int n,m,p,q;
const int N=30;
char a[N][N];
int k;
int fx[]={0,0,1,0,-1};
int fy[]={0,1,0,-1,0};

void dfs(int x,int y){    

for(int i=1;i<=4;i++){
        int tx=x+fx[i];
        int ty=y+fy[i];
        if(a[tx][ty]=='.'){
            k++;
            a[tx][ty]='#';
            dfs(tx,ty);
        }
    }    
}
int main()
{
    cin>>m>>n;
    for(int i=1;i<=n;i++){
        for(int j=1;j<=m;j++){
            cin>>a[i][j];
            if(a[i][j] == '@') {
                p=i;
                q=j;
            }
        }        
    }
    k=1; 
    dfs(p,q);
    printf("%d\n",k);    
    return 0;
 }

3、既要标记又要回溯的情况

通常用到了多种走法路径,中间路线允许重复的路径类型问题。比如:卒的遍历,马的遍历,迷宫所有路径等问题。

例题如:迷宫所有路径

描述

已知一N×N的迷宫,允许往上、下、左、右四个方向行走,且迷宫中没有任何障碍,所有的点都可以走。现请你按照右、下、左、上顺序进行搜索,找出从左上角到右下角的所有路径。

输入描述

输入一个整数N(N<=5)代表迷宫的大小。

输出描述

按右、下、左、上搜索顺序探索迷宫,输出从左上角1,1点走到右下角N,N点的所有可能的路径。

用例输入 1 

3

用例输出 1 

1:1,1->1,2->1,3->2,3->3,3
2:1,1->1,2->1,3->2,3->2,2->3,2->3,3
3:1,1->1,2->1,3->2,3->2,2->2,1->3,1->3,2->3,3
4:1,1->1,2->2,2->2,3->3,3
5:1,1->1,2->2,2->3,2->3,3
6:1,1->1,2->2,2->2,1->3,1->3,2->3,3
7:1,1->2,1->2,2->2,3->3,3
8:1,1->2,1->2,2->3,2->3,3
9:1,1->2,1->2,2->1,2->1,3->2,3->3,3
10:1,1->2,1->3,1->3,2->3,3
11:1,1->2,1->3,1->3,2->2,2->2,3->3,3
12:1,1->2,1->3,1->3,2->2,2->1,2->1,3->2,3->3,3

参考代码:

//回溯:走过的点要有临时的标记,递归后恢复标记 

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

bool a[8][8];    //辅助回溯用布尔数组 
int c[30][2];    //存贮行走路径的辅助数组
int b[5][2]={{0,0},{0,1},{1,0},{0,-1},{-1,0}};    //右下左上四个方向行走 
int n,t=0;

void pri(int k){    //输出函数 
    cout<<++t<<":";
    for(int i=1;i<k;i++){
        cout<<c[i][0]<<","<<c[i][1]<<"->"; 
    }
    cout<<c[k][0]<<","<<c[k][1]<<endl;
}

void dfs(int x,int y,int k){    //递归深搜 
    c[k][0]=x;
    c[k][1]=y;
    if(x==n && y==n){    //每次到达终点时输出行走的路径 
        pri(k);
    }
    else{
        for(int i=1;i<=4;i++){
            int tx=x+b[i][0];
            int ty=y+b[i][1];
            if(tx>=1 && tx<=n && ty>=1 && ty<=n && a[tx][ty]==0){
                //判断在矩阵内,并且当前未走过的点进入 
                a[tx][ty]=1; //递归前做标记 
                dfs(tx,ty,k+1);
                a[tx][ty]=0;//递归后回溯,恢复标记 
            }
        }
    }
    
    
}

int main()
{
    cin>>n;
    a[1][1]=1;    //开头时记得把起点标记上,防止重复搜索 
    dfs(1,1,1);

    return 0;
 }

借助概念深化一下深度优先搜索和回溯的区别和联系‌:

  • 区别‌:深度优先搜索(DFS)会记录完整的搜索树,而回溯法在求解过程中不保留完整的树结构。回溯法更注重于当前节点的选择和回退操作,而DFS则关注于整个树的遍历‌。
  • 联系‌:深度优先搜索和回溯法在许多情况下是相互关联的。回溯法是深度优先搜索的一种应用方式,通过回溯来实现对路径的选择和优化‌。

搜索是同学们学习过程中,学起来理解快但掌握不牢的一个知识点,需要深入练习巩固。本文粗浅,请同学们评论区留言指正。

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