• 深度优先算法和广度优先算法(基于邻接矩阵)


    1.写在前面

      图的存储结构有两种:一种是基于二维数组的邻接矩阵表示法。

                另一种是基于链表的的邻接表。

      在邻接矩阵中,可以如下表示顶点和边连接关系:

        

    说明:

      将顶点对应为下标,根据横纵坐标将矩阵中的某一位置值设为1,表示两个顶点向联接。

      图示表示的是无向图的邻接矩阵,从中我们可以发现它们的分布关于斜对角线对称

      我们在下面将要讨论的是下图的两种遍历方法(基于矩阵的):

         

      我们已经说明了我们要用到的是邻接矩阵表示法,那么我首先要来构造图:

      矩阵图的数据结构如下表示:

    复制代码
    #define MaxVnum 50
    typedef double AdjMatrix[MaxVnum][MaxVnum];   //表示一个矩阵,用来存储顶点和边连接关系
    typedef struct {
        int vexnum,arcnum;               //顶点的个数,边的个数
        AdjMatrix arcs;                 //图的邻接矩阵
    }Graph;
    复制代码

      这样我们可以首先来创建上述图,为了方便,我们直接在代码中书写矩阵,而不用每次调试手动输入了

    复制代码
    void CreateGraph(Graph &G)
    {
        G.vexnum=8;
        G.arcnum=9;
        G.arcs[0][1]=1;
        G.arcs[0][2]=1;
        G.arcs[1][3]=1;
        G.arcs[1][4]=1;
        G.arcs[2][5]=1;
        G.arcs[2][6]=1;
        G.arcs[3][1]=1;
        G.arcs[3][7]=1;
        G.arcs[3][6]=1;
        G.arcs[4][1]=1;
        G.arcs[4][7]=1;
        G.arcs[5][2]=1;
        G.arcs[5][6]=1;
        G.arcs[5][5]=1;
        G.arcs[6][2]=1;
        G.arcs[6][5]=1;
        G.arcs[7][3]=1;
        G.arcs[7][4]=1;
    }
    复制代码

      这样我们就已经完成了准备工作,我们可以正式来学习我们的两种遍历方式了。

    2.深度优先遍历算法

      分析深度优先遍历

        从图的某个顶点出发,访问图中的所有顶点且使每个顶点仅被访问一次。这一过程叫做图的遍历。

        深度优先搜索的思想:

          ①访问顶点v;
          ②依次从v的未被访问的邻接点出发,对图进行深度优先遍历;直至图中和v有路径相通的顶点都被访问;
          ③若此时图中尚有顶点未被访问,则从一个未被访问的顶点出发,重新进行深度优先遍历,直到图中所有顶点均被访问过为止。

        比如:

        

        在这里为了区分已经访问过的节点和没有访问过的节点,我们引入一个一维数组boolvisited[MaxVnum]用来表示与下标对应的顶点是否被访问过,

    流程:
    ☐ 首先输出 V1,标记V1的flag=true;
    ☐ 获得V1的邻接边 [V2 V3],取出V2,标记V2的flag=true;
    ☐ 获得V2的邻接边[V1 V4 V5],过滤掉已经flag的,取出V4,标记V4的flag=true;
    ☐ 获得V4的邻接边[V2 V8],过滤掉已经flag的,取出V8,标记V8的flag=true;
    ☐ 获得V8的邻接边[V4 V5],过滤掉已经flag的,取出V5,标记V5的flag=true;
    ☐ 此时发现V5的所有邻接边都已经被flag了,所以需要回溯。(左边黑色虚线,回溯到V1,回溯就是下层递归结束往回返)
    ☐ 
    ☐ 回溯到V1,在前面取出的是V2,现在取出V3,标记V3的flag=true;
    ☐ 获得V3的邻接边[V1 V6 V7],过滤掉已经flag的,取出V6,标记V6的flag=true;
    ☐ 获得V6的邻接边[V3 V7],过滤掉已经flag的,取出V7,标记V7的flag=true;
    ☐ 此时发现V7的所有邻接边都已经被flag了,所以需要回溯。(右边黑色虚线,回溯到V1,回溯就是下层递归结束往回返)

      深度优先搜索的代码

    复制代码
    bool visited[MaxVnum];
    void DFS(Graph G,int v)
    {
        visited[v]= true; //从V开始访问,flag它
        printf("%d",v);    //打印出V
        for(int j=0;j<G.vexnum;j++) 
            if(G.arcs[v][j]==1&&visited[j]== false) //这里可以获得V未访问过的邻接点
                DFS(G,j); //递归调用,如果所有节点都被访问过,就回溯,而不再调用这里的DFS
    }
    
    void DFSTraverse(Graph G) {
        for (int v = 0; v < G.vexnum; v++)
            visited[v] = false; //刚开始都没有被访问过
    
        for (int v = 0; v < G.vexnum; ++v)
            if (visited[v] == false) //从没有访问过的第一个元素来遍历图
                DFS(G, v);
    }
    复制代码

     3.广度优先搜索算法

        分析广度优先遍历    

          所谓广度,就是一层一层的,向下遍历,层层堵截,还是这幅图,我们如果要是广度优先遍历的话,我们的结果是V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8。

          

          广度优先搜索的思想:

             ① 访问顶点vi ;

             ② 访问vi 的所有未被访问的邻接点w1 ,w2 , …wk ;

             ③ 依次从这些邻接点(在步骤②中访问的顶点)出发,访问它们的所有未被访问的邻接点; 依此类推,直到图中所有访问过的顶点的邻接点都被访问;

       说明:

          为实现③,需要保存在步骤②中访问的顶点,而且访问这些顶点的邻接点的顺序为:先保存的顶点,其邻接点先被访问。 这里我们就想到了用标准模板库中的queue队列来实现这种先进现出的服务。

          老规矩我们还是走一边流程:

       说明: 

         ☐将V1加入队列,取出V1,并标记为true(即已经访问),将其邻接点加进入队列,则 <—[V2 V3] 

         ☐取出V2,并标记为true(即已经访问),将其未访问过的邻接点加进入队列,则 <—[V3 V4 V5]

    ☐取出V3,并标记为true(即已经访问),将其未访问过的邻接点加进入队列,则 <—[V4 V5 V6 V7]

    ☐取出V4,并标记为true(即已经访问),将其未访问过的邻接点加进入队列,则 <—[V5 V6 V7 V8]

    ☐取出V5,并标记为true(即已经访问),因为其邻接点已经加入队列,则 <—[V6 V7 V8]

    ☐取出V6,并标记为true(即已经访问),将其未访问过的邻接点加进入队列,则 <—[V7 V8]

    ☐取出V7,并标记为true(即已经访问),将其未访问过的邻接点加进入队列,则 <—[V8]

    ☐取出V8,并标记为true(即已经访问),将其未访问过的邻接点加进入队列,则 <—[]

      广度优先搜索的代码

    复制代码
    #include <queue>
    using namespace std;
    ....
    void BFSTraverse(Graph G)
    {
        for (int v=0;v<G.vexnum;v++) //先将其所有顶点都设为未访问状态
            visited[v]=false;
        queue<int> Q;
        for(int v=0;v<G.vexnum;v++)    
        {
            if(visited[v]==false)   //若该点没有访问
            {
                Q.push(v);    //将其加入到队列中
                visited[v]=true;
                while (!Q.empty())  //只要队列不空,遍历就没有结束
                {
                    int t =Q.front();  //取出对头元素
                    Q.pop();
                    printf(" %d ",t+1);  
                    for(int j=0;j<G.vexnum;j++) //将其未访问过的邻接点加进入队列
                        if(G.arcs[t][j]==1&&visited[j]== false)
                        {
                            Q.push(j);
                            visited[j]=true; //在这里要设置true,因为这里该顶点我们已经加入到了队列,为了防止重复加入!
                        }
                }
            }
        }
    }
    复制代码

     两种算法的复杂度分析

      深度优先

        数组表示:查找所有顶点的所有邻接点所需时间为O(n2),n为顶点数,算法时间复杂度为O(n2)   

      广度优先

        数组表示:查找每个顶点的邻接点所需时间为O(n2),n为顶点数,算法的时间复杂度为O(n2)

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/chenliyang/p/6554150.html
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