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数据结构 (26)图的遍历

前言

       数据结构中的图遍历是指从图中的任一顶点出发,按照某种方法访问图中的所有顶点,且每个顶点只访问一次。

一、遍历方法

        遍历主要有两种方法:深度优先搜索(DFS)和广度优先搜索(BFS)。

        1.深度优先搜索(DFS)

        深度优先搜索是树的先根遍历的推广。它的基本思想是:从图中的某个顶点v0出发,访问v0,然后选择一个与v0相邻且未被访问过的顶点vi进行访问,再从vi出发选择一个与vi相邻且未被访问的顶点vj进行访问,依次继续。如果当前被访问过的顶点的所有邻接顶点都已被访问,则退回到已被访问的顶点序列中最后一个拥有未被访问的相邻顶点的顶点w,从w出发按同样的方法向前遍历,直到图中所有顶点都被访问。

深度优先搜索可以采用递归或非递归的方式实现。递归方式较为直观,但可能导致栈溢出;非递归方式则需要使用栈数据结构来模拟递归过程。

       2.广度优先搜索(BFS)

       广度优先搜索是树的按层次遍历的推广。它的基本思想是:首先访问初始点vi,并将其标记为已访问过,接着访问vi的所有未被访问过的邻接点,并均标记为已访问过。然后再按照这些邻接点的次序,访问每一个顶点的所有未被访问过的邻接点,并均标记为已访问过。依次类推,直到图中所有和初始点vi有路径相通的顶点都被访问过为止。

       广度优先搜索通常使用队列数据结构来实现。在遍历过程中,首先将初始点vi入队,并标记为已访问。然后,依次从队列中取出顶点,并访问其所有未被访问过的邻接点,将这些邻接点入队并标记为已访问。重复此过程,直到队列为空。

二、遍历特点

  1. 深度优先搜索(DFS)特点

    • 尽可能深地搜索图的分支。
    • 适用于寻找路径、连通分量等问题。
    • 可能存在回溯现象,即当某个顶点的所有邻接顶点都被访问过时,需要退回到上一个顶点继续搜索。
  2. 广度优先搜索(BFS)特点

    • 按层次逐层访问图的顶点。
    • 适用于寻找最短路径、判断图的连通性等问题。
    • 需要使用队列数据结构来存储待访问的顶点。

三、遍历应用

     图的遍历在图论算法中具有广泛的应用。例如:

  1. 路径查找:通过深度优先搜索或广度优先搜索可以找到图中任意两个顶点之间的路径。
  2. 连通分量:利用深度优先搜索可以找到图中的所有连通分量。
  3. 最短路径:在无权图中,可以利用广度优先搜索找到从源点到其他所有顶点的最短路径(路径长度按顶点数计算)。
  4. 拓扑排序:对于有向无环图(DAG),可以利用深度优先搜索或广度优先搜索进行拓扑排序。
  5. 其他应用:图的遍历还可以用于图的着色、网络流等问题。

总结

       综上所述,数据结构中的图遍历是图论算法的基础和核心。通过深度优先搜索和广度优先搜索两种方法,可以方便地访问图中的所有顶点,并解决各种与图相关的问题。

 结语  

人生不能太过圆满

求而不得未必是遗憾

!!!

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