LeetCode刷題之BFS和DFS

2022-06-24 09:24:11 字數 2016 閱讀 2161

問題的本質就是讓你在一幅「圖」中找到從起點start到終點target的最近距離,這個例子聽起來很枯燥,但是 bfs 演算法問題其實都是在幹這個事兒。

把枯燥的本質搞清楚了,再去欣賞各種問題的包裝才能胸有成竹嘛。

這個廣義的描述可以有各種變體,比如走迷宮,有的格仔是圍牆不能走,從起點到終點的最短距離是多少?如果這個迷宮帶「傳送門」可以瞬間傳送呢?

再比如說兩個單詞,要求你通過某些替換,把其中乙個變成另乙個,每次只能替換乙個字元,最少要替換幾次?

再比如說連連看遊戲,兩個方塊消除的條件不僅僅是圖案相同,還得保證兩個方塊之間的最短連線不能多於兩個拐點。你玩連連看,點選兩個座標,遊戲是如何判斷它倆的最短連線有幾個拐點的?

再比如……

淨整些花裡胡哨的,這些問題都沒啥奇技淫巧,本質上就是一幅「圖」,讓你從乙個起點,走到終點,問最短路徑。這就是 bfs 的本質,框架搞清楚了直接默寫就好。

①樹的層序遍歷:使用佇列儲存未被檢測的結點,結點按照寬度優先的次序被訪問和進出隊。

②有向無環圖的最短路徑查詢:由於有向無環圖的某個節點的next節點可能會與另乙個節點的next節點重複,所以我們需要記錄已訪問過的節點

//根節點與目標節點之間的最短路徑長度

一直往深處走,直到找到解或者走不下去為止,主要用於樹的遍歷(前序遍歷,中序遍歷,後序遍歷)或者圖的搜尋問題或者回溯演算法問題。

①樹的遍歷:一直向葉子節點遍歷,直至遇到葉子節點表示此根節點到這個葉子節點的路徑已經訪問完,需要訪問根節點到下乙個葉子節點的路徑。(當然遍歷順序主要取決於遍歷的方式,比如前序遍歷(根左右)、後序遍歷(左根右)、後序遍歷(左右根))

②圖的搜尋問題:上面我們使用了bfs來解決圖的最短路徑問題,同時我們也可以使用dfs來實現圖的最短路徑尋找。在這裡我們分別提供遞迴版模板和用stack的迭代版模板:

遞迴

boolean dfs(node cur, node target, setvisited) 

}return false;

}

非遞迴

boolean dfs(int root, int target) 

}remove cur from s;

}return false;

}

回溯法:回溯法使用dfs的策略來尋找所有可行解或者最優解,也就是回溯法的所有解可以構成乙個解空間樹或者解空間圖,所以對於這個解空間樹或圖,我們就使用dfs策略了

//choicelist:表示可以進行選擇的列表,相當於樹中可選用左節點還是右結點

//track:表示為決策路徑,相當於在樹中為根節點到某個葉子節點的路徑

//result:表示存放根節點到所有葉子節點的所有路徑

backtrack(choicelist,track,result)

}

應用與風險:

1)dfs多用於連通性問題因為其執行思想與人腦的思維很相似,故解決連通性問題更自然。

2)bfs多用於解決最短路問題,其執行過程中需要儲存每一層的資訊,所以其執行時需要儲存的資訊量較大,如果人腦也可儲存大量資訊的話,理論上人腦也可執行bfs。

3)多數情況執行bfs所需的記憶體會大於dfs需要的記憶體(dfs一次訪問一條路,bfs一次訪問多條路)

4)風險:dfs容易爆棧(棧不易」控制」),bfs通過控制佇列可以很好解決」爆佇列」風險。

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