AcWing第三章算法模板总结——搜索与图论

一、DFS与BFS
二、树与图的遍历:拓扑排序
三、最短路径
四、最小生成树
五、二分图:染色法、匈牙利算法

一、DFS与BFS

(一)DFS(深度优先遍历)

1、使用栈(stack)实现。
2、DFS所需要的空间是树的高度h
3、搜索到某个节点不具有最短性
4、回溯:回溯的时候,一定要记得恢复现场
5、剪枝:提前判断某个分支一定不合法,直接剪掉该分支
例题:
842.排列数字

题目描述

给定一个整数n,将数字1~n排成—排,将会有很多种排列方法。
现在,请你按照字典序将所有的排列方法输出。

输入格式

共一行,包含一个整数n。

输出格式

按字典序输出所有排列方案,每个方案占一行。

数据范围

1 ≦ n ≦ 7

输入样式:

3

输出样式:

1 2 3
1 3 2
2 1 3
2 3 1
3 1 2
3 2 1

模拟思路:
在这里插入图片描述
代码:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N = 10;
 
int n;
int path[N];	// 记录所有的搜索路径
bool st[N];		// 记录这些点有没有被用过,true表示被用过,false表示没被使用
 
void dfs(int u) // 第u层
{
   
   
    if(u == n)	// 从0开始作为第一层,当搜索完最后一层,就输出这条路径并结束递归
    {
   
   
        for(int i = 0; i < n; i ++)
        {
   
   
            printf("%d ", path[i]);
        }
        puts("");
        return;
    }
    for(int i = 1; i <= n; i ++)
    {
   
   
        if(!st[i])			// 如果i未被使用
        {
   
   
            path[u] = i;	// 写入路径记录
            st[i] = true;	// 更新状态为已使用
            dfs(u + 1);		// 给下一层找数
            //----------------------------------下一层递归结束,此时该恢复状态了
            st[i] = false;	// 更新状态为未使用
            path[u] = 0;	// 清空该层路径记录
        }
    }
}
 
int main()
{
   
   
    cin>>n;
    dfs(0);
    return 0;
}

例题:
843.n-皇后问题

题目描述

n-皇后问题是指将n个皇后放在n*n的国际象棋棋盘上,使得皇后不能相互攻击到,即任意两个皇后都不能处于同一行、同一列或同一斜线上。
在这里插入图片描述

现在给定整数n,请你输出所有的满足条件的棋子摆法。

输入格式

共—行,包含整数n。

输出格式

每个解决方案占n行,每行输出一个长度为n的字符串,用来表示完整的棋盘状态。其中"."表示某一个位置的方格状态为空,"Q"表示某一个位置的方格上摆着皇后。每个方案输出完成后,输出一个空行。

数据范围

1 ≦ n ≦ 9

输入样式:

4

输出样式:

.Q..
...Q
Q...
..Q.

..Q.
Q...
...Q
.Q..

分析:
只要满足这一行,这一列,主对角线,和副对角线上没有被使用,就可以落子
在这里插入图片描述
代码:

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
const int N = 10;
 
int n;
char g[N][N];
bool row[N], col[N], dg[N], udg[N];
 
/*
只要满足这一行,这一列,主对角线,和副对角线上没有被使用,就可以落子。通过一定提炼后的做法。找到了规律(上方橙色字体)
*/
void dfs(int u) // 第u层
{
   
   
    if(u == n)	// 从0开始作为第一层,当搜索完最后一层,就输出这条路径并结束递归
    {
   
   
        for(int i = 0; i < n; i ++)
        {
   
   
            puts(g[i]);
        }
        puts("");
        return;
    }
    for(int i = 0; i < n; i ++)			// 在每个dfs中只处理这一行的情况
    {
   
   
        if(!col[i] && !dg[u + i] && !udg[n - u + i])  // 如果当前列,主对角线,副对角线都没有被占用
        {
   
   
            g[u][i] = 'Q';
            col[i] = dg[u + i] = udg[n - u + i] =  true;	// 更新状态为已使用
            dfs(u + 1);		// 给下一层找数
            //----------------------------------下一层递归结束,此时该恢复状态了,进行回溯操作
            col[i] = dg[u + i] = udg[n - u + i] = false;	// 更新状态为未使用
            g[u][i] = '.';	// 清空该层路径记录
        }
    }
}

/*
从(x,y)坐标开始判断能否放皇后,去除不能放的
*/
void dfs2(int x, int y, int s) // (x, y)代表当前坐标,s是皇后个数
{
   
   
    if(y == n) y = 0, x ++; // 列满

    if(x == n)  // 行满 
    {
   
   
        if(s == n)  // 皇后放置满
        {
   
   
            for (int i = 0; i < n; i++) puts(g[i]);
            puts("");
        }
        return;
    }

    // 不放皇后
    dfs2(x, y + 1, s);

    // 放皇后
    if( !row[x] && !col[y] && !dg[x + y] && !udg[x - y + n])
    {
   
   
        g[x][y] = 'Q';
        row[x] = col[y] = dg[x + y] = udg[x - y + n] =  true;	// 更新状态为已使用
        dfs2(x, y + 1, s + 1);
        row[x] = col[y] = dg[x + y] = udg[x - y + n] =  false;	// 更新状态为未使用
        g[x][y] = '.';
    }


}
 
int main()
{
   
   
    cin>>n;
    for (int i = 0; i < n; i++)
        for (int j = 0; j < n; j++)
            g[i][j] = '.';
    
    // dfs(0);
    dfs2(0, 0, 0);
    return 0;
}

(二)BFS(广度优先遍历)

1、使用队列(queue)实现。
2、BFS需要的空间是2h
3、搜索到某个节点一般是具有最短性的路径,通常来说,求“最短”的操作,都可以用BFS来做
在这里插入图片描述
基本框架:
在这里插入图片描述
844.走迷宫

题目描述

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

最初,有一个人位于左上角(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)处,至少需要移动多少次。

数据保证(1,1)处和(n, m)处的数字为0,且一定至少存在一条通路。

输入格式

第—行包含两个整数n和m。

接下来n行,每行包含m个整数((O或1),表示完整的二维数组迷宫。

输出格式

输出路径。
输出一个整数,表示从左上角移动至右下角的最少移动次数。

数据范围

1 ≦ m ≦ n ≦ 100

输入样式:

5 5
0 1 0 0 0 
0 1 0 1 0
0 0 0 0 0 
0 1 1 1 0 
0 0 0 1 0

输出样式:

4 4
3 4
2 4
2 3
2 2
2 1
2 0
1 0
8

代码:

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

const int N = 10;

typedef pair<int, int> PII; // 这里模拟队列

int n, m;
int g[N][N];    // 存放地图
int d[N][N];    // 存放到当前点已经走了几步了————————d[x][y] == -1代表这一点还有没有走到
PII q[N * N];   // 工作队列。存放当前路径经过的各个点的坐标{x, y}
PII Prev[N][N]; // 存放当前节点从哪里来的,即上一个节点是谁

int bfs()
{
   
   
    // 初始化队列
    int hh = 0, tt = 0;
    q[0] = {
   
   0, 0};

    memset(d, -1, sizeof d);    // 初始化d数组,全部置为-1
    d[0][0] = 0;

    int dx[4] = {
   
   -1, 0, 1, 0}, dy[4] = {
   
   0, 1, 0, -1};   // (dx[i], dy[i]) 就代表了,在当前这个节点往上下左右移动之后的位移矢量,分别为向上是(0,-1),向右是(1, 0),其他方向类似

    while (hh <= tt)    // 队列不为空
    {
   
   
        auto t = q[hh ++];  // bfs核心,拿队列中现存的节点

        for(int i = 0; i < 4; i++)  // 每个点接下来一共有四种走法,上下左右
        {
   
   
            int x = t.first + dx[i], y = t.second + dy[i];	// x,y对应新的移动后的点的坐标
            if(x >= 0 && x < n && y >= 0 && y < m && g[x][y] == 0 && d[x][y] == -1) // 新走的(x, y)满足边界内,且可以走这一点(g[x][y] == 0),而且这一点未被走到过(d[x][y] == -1)
            {
   
   
                d[x][y
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