程序员的算法课(17)-常用的图算法:深度优先(DFS)
一、深度优先搜索介绍
图的深度优先搜索(Depth First Search),和树的先序遍历比较类似。
它的思想:假设初始状态是图中所有顶点均未被访问,则从某个顶点v出发,首先访问该顶点,然后依次从它的各个未被访问的邻接点出发深度优先搜索遍历图,直至图中所有和v有路径相通的顶点都被访问到。 若此时尚有其他顶点未被访问到,则另选一个未被访问的顶点作起始点,重复上述过程,直至图中所有顶点都被访问到为止。
显然,深度优先搜索是一个递归的过程。
二、深度优先搜索图解
1 无向图的深度优先搜索
下面以"无向图"为例,来对深度优先搜索进行演示。
对上面的图G1进行深度优先遍历,从顶点A开始。
- 第1步:访问A。
- 第2步:访问(A的邻接点)C。 在第1步访问A之后,接下来应该访问的是A的邻接点,即"C,D,F"中的一个。但在本文的实现中,顶点ABCDEFG是按照顺序存储,C在"D和F"的前面,因此,先访问C。
- 第3步:访问(C的邻接点)B。 在第2步访问C之后,接下来应该访问C的邻接点,即"B和D"中一个(A已经被访问过,就不算在内)。而由于B在D之前,先访问B。
- 第4步:访问(C的邻接点)D。 在第3步访问了C的邻接点B之后,B没有未被访问的邻接点;因此,返回到访问C的另一个邻接点D。
- 第5步:访问(A的邻接点)F。 前面已经访问了A,并且访问完了"A的邻接点B的所有邻接点(包括递归的邻接点在内)";因此,此时返回到访问A的另一个邻接点F。
- 第6步:访问(F的邻接点)G。
- 第7步:访问(G的邻接点)E。
因此访问顺序是:A -> C -> B -> D -> F -> G -> E
2.有向图的深度优先搜索
下面以"有向图"为例,来对深度优先搜索进行演示。
对上面的图G2进行深度优先遍历,从顶点A开始。
- 第1步:访问A。
- 第2步:访问B。 在访问了A之后,接下来应该访问的是A的出边的另一个顶点,即顶点B。
- 第3步:访问C。在访问了B之后,接下来应该访问的是B的出边的另一个顶点,即顶点C,E,F。在本文实现的图中,顶点ABCDEFG按照顺序存储,因此先访问C。
- 第4步:访问E。接下来访问C的出边的另一个顶点,即顶点E。
- 第5步:访问D。接下来访问E的出边的另一个顶点,即顶点B,D。顶点B已经被访问过,因此访问顶点D。
- 第6步:访问F。 接下应该回溯"访问A的出边的另一个顶点F"。
- 第7步:访问G。
因此访问顺序是:A -> B -> C -> E -> D -> F -> G
三、代码实现
private boolean[] isVisited = new boolean[vertextSize]; /**
* 获取指定顶点的第一个邻接点
*
* @param index
* 指定邻接点
* @return
*/
private int getFirstNeighbor(int index) {
for (int i = 0; i < vertexSize; i++) {
if (matrix[index][i] < MAX_WEIGHT && matrix[index][i] > 0) {
return i;
}
}
return -1;
} /**
* 获取指定顶点的下一个邻接点
*
* @param v
* 指定的顶点
* @param index
* 从哪个邻接点开始
* @return
*/
private int getNextNeighbor(int v, int index) {
for (int i = index+1; i < vertexSize; i++) {
if (matrix[v][i] < MAX_WEIGHT && matrix[v][i] > 0) {
return i;
}
}
return -1;
} /**
* 图的深度优先遍历算法
*/
private void depthFirstSearch(int i) {
isVisited[i] = true;
int w = getFirstNeighbor(i);
while (w != -1) {
if (!isVisited[w]) {
// 需要遍历该顶点
System.out.println("访问到了:" + w + "顶点");
depthFirstSearch(w); // 进行深度遍历
}
w = getNextNeighbor(i, w); // 第一个相对于w的邻接点
}
}
- 传
0
进去,表示v0
。 - 设置
v0
已访问过,获取v0
的第一个邻接点。w != -1
说明有这个邻接点,然后对这个临界点进行判断。- 已访问,那就找下一个临界点
- 未访问,进行访问,然后对该邻接点进行深度优先遍历。
四、总结
- 遍历规则:不断的沿着顶点的深度方向遍历。顶点的深度方向是指它的邻接点方向。
- 它从图中某个顶点v出发,访问此顶点,然后从顶点的未被访问的邻接点出发深度优先遍历图,直至图中所有和v有路径相通的顶点都被访问到。
- 简单说,就是顶点将第一个邻接点当作左孩子,其它邻接点都当做右孩子。最后排成一棵树。
- 深度优先遍历是指先遍历到最深层次,然后再探索邻接点,接着又遍历最深层次。二叉树的先序遍历就是一种深度优先遍历。
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参考资料:
程序员的算法课(17)-常用的图算法:深度优先(DFS)的更多相关文章
- 程序员的算法课(18)-常用的图算法:广度优先(BFS)
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