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队列和 BFS —— 栈和 DFS

Kyxy / 1624人阅读

摘要:队列和广度优先搜索的一个常见应用是找出从根结点到目标结点的最短路径。然后在每一轮中,我们逐个处理已经在队列中的结点,并将所有邻居添加到队列中。这就是我们在中使用队列的原因。

队列和 BFS:

广度优先搜索(BFS)的一个常见应用是找出从根结点到目标结点的最短路径。

示例

这里我们提供一个示例来说明如何使用 BFS 来找出根结点 A 和目标结点 G 之间的最短路径。

洞悉

观看上面的动画后,让我们回答以下问题:

1. 结点的处理顺序是什么?

在第一轮中,我们处理根结点。在第二轮中,我们处理根结点旁边的结点;在第三轮中,我们处理距根结点两步的结点;等等等等。

与树的层序遍历类似,越是接近根结点的结点将越早地遍历

如果在第 k 轮中将结点 X 添加到队列中,则根结点与 X 之间的最短路径的长度恰好是 k。也就是说,第一次找到目标结点时,你已经处于最短路径中。

2. 队列的入队和出队顺序是什么?

如上面的动画所示,我们首先将根结点排入队列。然后在每一轮中,我们逐个处理已经在队列中的结点,并将所有邻居添加到队列中。值得注意的是,新添加的节点不会立即遍历,而是在下一轮中处理。

结点的处理顺序与它们添加到队列的顺序是完全相同的顺序,即先进先出(FIFO)。这就是我们在 BFS 中使用队列的原因。

栈和 DFS:

与 BFS 类似,深度优先搜索(DFS)也可用于查找从根结点到目标结点的路径。在本文中,我们提供了示例来解释 DFS 是如何工作的以及栈是如何逐步帮助 DFS 工作的。

示例

我们来看一个例子吧。我们希望通过 DFS 找出从根结点 A 到目标结点 G 的路径。

洞悉

观看上面的动画后,让我们回答以下问题:

1. 结点的处理顺序是什么?

在上面的例子中,我们从根结点 A 开始。首先,我们选择结点 B 的路径,并进行回溯,直到我们到达结点 E,我们无法更进一步深入。然后我们回溯到 A 并选择第二条路径到结点 C 。从 C 开始,我们尝试第一条路径到 E 但是 E 已被访问过。所以我们回到 C 并尝试从另一条路径到 F。最后,我们找到了 G

总的来说,在我们到达最深的结点之后,我们会回溯并尝试另一条路径。

因此,你在 DFS 中找到的第一条路径并不总是最短的路径。例如,在上面的例子中,我们成功找出了路径 A-> C-> F-> G 并停止了 DFS。但这不是从 AG 的最短路径。

2. 栈的入栈和退栈顺序是什么?

如上面的动画所示,我们首先将根结点推入到栈中;然后我们尝试第一个邻居 B 并将结点 B 推入到栈中;等等等等。当我们到达最深的结点 E 时,我们需要回溯。当我们回溯时,我们将从栈中弹出最深的结点,这实际上是推入到栈中的最后一个结点

结点的处理顺序是完全相反的顺序,就像它们被添加到栈中一样,它是后进先出(LIFO)。这就是我们在 DFS 中使用栈的原因。

总结:

显然BFS可以找到根节点到目标节点最短的路径,DFS可以最快的找到根节点到目标节点的路线,但却不一定是最短的。具体可参考维基百科:

BFS:https://zh.wikipedia.org/wiki/广度优先搜索

DFS:https://zh.wikipedia.org/wiki/深度优先搜索

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