圖的深度優先遍歷和廣度優先遍歷

圖的遍歷主要有深度優先搜索 DFS(depth-first search) 和廣度優先搜索BFS( breadth-first search) 兩種方式

g.png

深度優先遍歷

深度優先遍歷可定義如下:首先訪問出發點v,并將其標記為已訪問過;然后依次從v出發搜索v的每個鄰接點w。若w未曾訪問過,則以w為新的出發點繼續進行深度優先遍歷,直至圖中所有和源點v有路徑相通的頂點均已被訪問為止。若此時圖中仍有未訪問的頂點,則另選一個尚未訪問的頂點為新的源點重復上述過程,直至圖中所有的頂點均已被訪問為止。

dfs.png

深度優先遍歷結果是: A B E F C D G H I

深度優先遍歷盡可能優先往深層次進行搜索

廣度優先遍歷

廣度優先遍歷可定義如下:首先訪問出發點v,接著依次訪問v的所有鄰接點w1、w2......wt,然后依次訪問w1、w2......wt鄰接的所有未曾訪問過的頂點。以此類推,直至圖中所有和源點v有路徑相通的頂點都已訪問到為止。此時從v開始的搜索過程結束。

bfs.png

廣度優先遍歷結果是: A B C D E F G H I

廣度優先遍歷按層次優先搜索最近的結點,一層一層往外搜索。

圖的數據結構主要有鄰接矩陣和鄰接表2種。在 python 中我們可以這樣表示上面的圖

#!/usr/bin/env python3
import collections
import queue

g = collections.OrderedDict()
g['A'] = ['B', 'C', 'D']
g['B'] = ['A', 'E']
g['C'] = ['A', 'F']
g['D'] = ['A', 'G', 'H']
g['E'] = ['B', 'F']
g['F'] = ['E', 'C']
g['G'] = ['D', 'H', 'I']
g['H'] = ['G', 'D']
g['I'] = ['G']

類似鄰接表,這里用了 OrderedDict ,因為哈希表的遍歷輸出是不固定的

深度優先遍歷

def DFSTraverse(g):
    visited = {}

    def DFS(v):
        print(v)
        visited[v] = True

        for adj in g[v]:
            if not visited.get(adj):
                DFS(adj)

    for v in g:
        if not visited.get(v):
            DFS(v)

DFSTraverse(g)

廣度優先遍歷

def BFSTraverse(g):
    visited = {}
    q = queue.Queue()

    for v in g:
        if not visited.get(v):
            print(v)
            visited[v] = True  # 先訪問再入隊
            q.put(v)

        while not q.empty():
            e = q.get()

            for adj in g[e]:
                if not visited.get(adj):
                    print(adj)
                    visited[adj] = True
                    q.put(adj)

BFSTraverse(g)

廣度優先遍歷借助了隊列來保證按層次搜索,上級層次的結點先入隊,結點出隊時它的相鄰子結點再依次入隊

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