算法——BFS

定义:


广度优先算法(Breadth-First-Search),简称BFS,是一种图形搜索演算法。简单的说,BFS是从根节点开始,沿着树的宽度遍历树的节点,如果发现目标,则演算终止。






算法分析:


BFS是一种盲目搜寻法,目的是系统地展开并检查图中的所有节点,以找寻结果。换句话说,它并不考虑结果的可能位置,彻底地搜索整张图,直到找到结果为止。






时间复杂度:邻接表的时候是O(|V| + |E|)。其中 |V| 是节点的数目,|E| 是图中边的数目。






——以上内容主要来自度娘






适用条件:


对于所有边长度相同的情况,比如地图的模型,bfs第一次遇到目标点,此时就一定是从根节点到目标节点最短的路径(因为每一次所有点都是向外扩张一步,你先遇到,那你就一定最短)。bfs先找到的一定是最短的。但是如果是加权边的话这样就会出问题了,bfs传回的是经过边数最少的解,但是因为加权了,这个解到根节点的距离不一定最短。比如1000+1000是只有两段,1+1+1+1有4段,但是bfs返回的经过边数最少的解,这里总长度2000,显然不是最短的路径。此时我们就应该采用Dijkstra最短路算法解决加权路径的最短路了。






应用:


1、寻找非加权图(或者所有边权重相同)中任两点的最短路径。


2、寻找其中一个连通分支中的所有节点。(扩散性)


3、bfs染色法判断是否为二分图。






一些思考:


1、当中为什么要用queue来存点而不是stack呢?


我们来举个例子,目前我们的队列中有一个起始节点。第一轮扩展之后,队列里有起始点的上、右、下、左四个点,现在我们就要把这四个点进行一下一轮轮扩展。也就是下一个队列里面的节点应该是“上”的四个方向、“右”的四个方向、“下”的四个方向、“左”的四个方向的点(已经book过的当然的就不加了)。如果我们用的是stack,对‘上’点,我们把它爆掉,然后由stack的性质把它的四个方向的点丢到队列的头。照理说我们取完“上”点扩展之后之后,应该取的是剩余的右、下、左点来继续完成这一轮队列的扩展,可是stack把“上”节点的四个扩展点扔到了右、下、左三个节点的前面了,(根据我们bfs每一次取的都是队首那个点)这样就下一个取的就是“上”节点的四个扩展点了,这就不对了。反之,queue每次把扩展点扔到后面,对于下一次取队首点继续进行扩展就不会有任何影响。


2、bfs(我们默认一般的bfs都带book)不用担心队列里一直有点,空不了,因为所有的点慢慢扩展会跑到图外去,在边界限制条件那里就被刷掉了。所以除了那种不book的需要考虑队列里的点重复走死循环,其他时候有book的都不用担心这个问题。


3、bfs能不能记录路径呢?


当然可以,我们可以把走的每一个点的父节点记录下来,最后挨着回溯回去就可以了。






记忆:


1、只要一看到要找最短的路径:bfs    or    最短路。                          无权用bfs,有权用最短路。


2、如果第二次回到刚才已走过的点的时候有状态参数变化,那么就不能book。

BFS:使用队列保存未被检测的结点。结点按照宽度优先的次序被访问和进出队列。


框架:
BFS:
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<queue>
#include<algorithm>
using namespace std;
const int maxn=100;
bool vst[maxn][maxn]; // 访问标记
int dir[4][2]={0,1,0,-1,1,0,-1,0}; // 方向向量


struct State // BFS 队列中的状态数据结构
{
int x,y; // 坐标位置
int Step_Counter; // 搜索步数统计器
};


State a[maxn];


bool CheckState(State s) // 约束条件检验
{
if(!vst[s.x][s.y] && ...) // 满足条件
return 1;
else // 约束条件冲突
return 0;
}


void bfs(State st)
{
queue <State> q; // BFS 队列
State now,next; // 定义2 个状态,当前和下一个
st.Step_Counter=0; // 计数器清零
q.push(st); // 入队
vst[st.x][st.y]=1; // 访问标记
while(!q.empty())
{
now=q.front(); // 取队首元素进行扩展
if(now==G) // 出现目标态,此时为Step_Counter 的最小值,可以退出即可
{
...... // 做相关处理
return;
}
for(int i=0;i<4;i++)
{
next.x=now.x+dir[i][0]; // 按照规则生成下一个状态
next.y=now.y+dir[i][1];
next.Step_Counter=now.Step_Counter+1; // 计数器加1
if(CheckState(next)) // 如果状态满足约束条件则入队
{
q.push(next);
vst[next.x][next.y]=1; //访问标记
}
}
q.pop(); // 队首元素出队
}
 return;
}


int main()
{
......
 return 0;
}

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