图的深度优先遍历和广度优先遍历

图的遍历主要有深度优先搜索 DFS(depth-first search) 和广度优先搜索BFS( breadth-first search) 两种方式

g.png

深度优先遍历

深度优先遍历可定义如下:首先访问出发点v,并将其标记为已访问过;然后依次从v出发搜索v的每个邻接点w。若w未曾访问过,则以w为新的出发点继续进行深度优先遍历,直至图中所有和源点v有路径相通的顶点均已被访问为止。若此时图中仍有未访问的顶点,则另选一个尚未访问的顶点为新的源点重复上述过程,直至图中所有的顶点均已被访问为止。

dfs.png

深度优先遍历结果是: A B E F C D G H I

深度优先遍历尽可能优先往深层次进行搜索

广度优先遍历

广度优先遍历可定义如下:首先访问出发点v,接着依次访问v的所有邻接点w1、w2......wt,然后依次访问w1、w2......wt邻接的所有未曾访问过的顶点。以此类推,直至图中所有和源点v有路径相通的顶点都已访问到为止。此时从v开始的搜索过程结束。

bfs.png

广度优先遍历结果是: A B C D E F G H I

广度优先遍历按层次优先搜索最近的结点,一层一层往外搜索。

图的数据结构主要有邻接矩阵和邻接表2种。在 python 中我们可以这样表示上面的图

#!/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']

类似邻接表,这里用了 OrderedDict ,因为哈希表的遍历输出是不固定的

深度优先遍历

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)

广度优先遍历

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

    for v in g:
        if not visited.get(v):
            print(v)
            visited[v] = True  # 先访问再入队
            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)

广度优先遍历借助了队列来保证按层次搜索,上级层次的结点先入队,结点出队时它的相邻子结点再依次入队

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