- wuleran 的博客
DFS-Deep First Search-深度优先搜索(转载)
- 2024-1-15 11:43:31 @
深度优先搜索算法(英语:Depth-First-Search,简称DFS)是一种用于遍历或搜索树或图的算法。沿着树的深度遍历树的节点,尽可能深的搜索树的分支。当节点v的所在边都己被探寻过,搜索将回溯到发现节点v的那条边的起始节点。这一过程一直进行到已发现从源节点可达的所有节点为止。如果还存在未被发现的节点,则选择其中一个作为源节点并重复以上过程,整个进程反复进行直到所有节点都被访问为止。属于盲目搜索。
深度优先搜索是图论中的经典算法,利用深度优先搜索算法可以产生目标图的相应拓扑排序表,利用拓扑排序表可以方便的解决很多相关的图论问题,如最大路径问题等等。(摘自wiki百科)
简要概括,深度优先的主要思想就是“不撞南墙不回头”,“一条路走到黑”,如果遇到“墙”或者“无路可走”时再去走下一条路。
关键在“深度优先”,如上图所示,假设我们在A1的位置,且没有上帝视角(想象自己处在一个迷宫里),想要走到D5的位置,该怎么办? 最开始,摆在我们面前的有两条路—B1、B2,我们先假设D5在最左边第二层即B1的位置(虽然D5在最右边的最后一层,但这些都不重要,不要在意这些细节);我们跟着心中的信仰走到了B1的位置,发现这里是B1并不是D5。这时我们有三条路可以走,接着往下走的C1、C2和走到同级B2的位置;因为我们是深度优先,所以选择一条路走到黑,于是我们选择继续跟随自己的信仰,往下走,且选择左边的C1。走到C1,发现再往下没路了,这时可选路径是返回B级或者走向同级的C2;依照DFS原则,我们选择C2,接下来的步骤跟上面一样,依次遍历D1、D2、D3三个点再返回C级、B级最后到B2,开始新一轮的深度遍历,直到找到D5。
深搜的思想就是这样“不撞南墙不回头”、“一条路走到黑”,下面通过代码实例化深搜。
最经典的莫过于迷宫问题。
假设现在有一个4 * 5的小型迷宫,Start为起点、End为终点、X为障碍物,如何找到从起点到终点的最短路径?
我们可以先用一个二维数组来存储这个迷宫,问题便简化为寻找从(1,1)到(p,q)的最短路径。
当我们从起点出发时,有两条路可以选择,即向右或向下。实际上,在这个迷宫里,我们每一步的选择都只有四种类型,即向上下左右四个方向走。我们在这里设定一个顺序,按照顺时针,右、下、左、上的顺序依次尝试。
代码实现很简单,定义一个方向数组即可。
int next[4][2] = {{0, 1}, //向右走
{1, 0}, //向下走
{0, -1}, //向左走
{-1, 0}}; //向上走
通过这个方向数组的循环,很容易获得下一步的坐标,这里用x、y表示当前横坐标和纵坐标,用tx、ty存储下一步的横坐标和纵坐标。
for(k = 3; k <= 3; k++){
//计算下一步点的坐标
tx = x + next[k][0];
ty = y + next[k][1];
}
根据上面介绍的深搜策略,我们先往右边走,来到(1,2)这个点。因为(1,3)这个点是障碍物无法到达,(1,1)是刚才来的路径中已经走过的点,所以只能到(2,2)这个点,以此类推,继续往下走。这里需要注意的是我们并不是走到终点便立即结束,因为刚才只尝试了一条走法,并不一定是最短的。刚才很多地方再悬着方向的时候都有很多种选择,因此我们需要返回到这些地方继续尝试往别的方向走,直到把所有可能都尝试一边,最终输出最短的一条路径。例如下图就是一种可行的方案
实现上诉思想的关键点在于判断当前位置和找出下一步的方向,我们可以定义一个函数通过递归实现,其中x,y表示当前坐标,step代表已经走过的步数,p,q代表终点位置。
void dfs(int x, int y, int step){
//判断是否到达终点
if(x == p && y == q){
//更新最小值
if(step < min)
min = step;
return;
}
return;
}
另外,我们还需要对下一个点进行一些判断,包括是否越界,是否为障碍物,是否已经在路径中。这里用数组book [tx][ty]来记录格子(tx, ty)是否已经在路径中。假如这个点符合所有的要求,就对这个点进行下一步的扩展即递归dfs(tx, ty, step + 1)。
实现代码如下,其中设非障碍物的迷宫数组元素为0
for(k = 0; k <= 3; k++){
//计算下一个点的坐标
tx = x + Next[k][0];
ty = y + Next[k][1];
//判断是否越界
if(tx < 1 || tx > n ||ty < 1 || ty > m)
continue;
//判断改点是否为障碍物或者已经在路径中
if(a[tx][ty] == 0 && book[tx][ty] == 0){
book[tx][ty] = 1; //标记这个点已经走过
dfs(tx, ty, step + 1); //开始尝试下一个点
book[tx][ty] = 0; //尝试结束,取消这个点的标记
}
}
下面是完整代码,基本上很多裸题改下数据就能A
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int n, m, p, q, minn = 9999999;
int a[51][51], book[51][51];
int Next[4][2] = {{0, 1}, //向右走
{1, 0}, //向下走
{0, -1}, //向左走
{-1, 0}}; //向上走
void dfs(int x, int y, int step){
int tx, ty, k;
//判断是否到达终点
if(x == p && y == q){
//更新最小值
if(step < minn)
minn = step;
return;
}
//枚举四种走法
for(k = 0; k <= 3; k++){
//计算下一个点的坐标
tx = x + Next[k][0];
ty = y + Next[k][1];
//判断是否越界
if(tx < 1 || tx > n ||ty < 1 || ty > m)
continue;
//判断改点是否为障碍物或者已经在路径中
if(a[tx][ty] == 0 && book[tx][ty] == 0){
book[tx][ty] = 1; //标记这个点已经走过
dfs(tx, ty, step + 1); //开始尝试下一个点
book[tx][ty] = 0; //尝试结束,取消这个点的标记
}
}
return;
}
int main(){
int startx, starty;
//读入n行m列的迷宫 1为障碍物 0为非障碍物
cin >> n >> m;
for(int i = 1; i <= n; i++)
for(int j = 1; j <= m; j++)
cin >> a[i][j];
//读入起点和终点坐标
cin >> startx >> starty >> p >> q;
//从起点开始搜索
book[startx][starty] = 1; //标记起点已经在路径中,防止后面重复走
//初始步数为0
dfs(startx, starty, 0);
//输出
cout << minn;
return 0;
}
/********
Sample Input:
5 4
0 0 1 0
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 0 0 1
1 1 4 3
Sample Output:
7
********/
关于搜索,NYOJ上有专门的分类,这个模板还是能A不少水题的,推荐先从NYOJ 32、NYOJ 58、NYOJ 488练手,剩下的看心情刷就好(还是喜欢NSWOJ 无奈没有分类外加需要校园网 sadQAQ)