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广度优先搜索、宽度优先搜索,《学点算法吧,Python》

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广度优先搜索、宽度优先搜索,《学点算法吧,Python》

一、广度优先搜索

广度优先搜索算法(又称宽度优先搜索)是最简便的图的搜索算法之一,这一算法也是很多重要的图的算法的原型。

广度优先搜索是一种用于图的查找方法,可以帮助解决两个问题:

  • 从节点A出发,有前往B节点的路径码?
  • 从节点A出发,前往B节点的最短路径?

二、图的表示Python 1.先介绍下图结构
  • 图模拟不同东西是如何相连的。
  • 图由节点(node)和边(edge)组成
  • 一个节点可能与众多节点直接相连,这些节点被称为邻居(neighbor)

如图:

图模拟不同东西是如何相连的。

图由节点(node)和边(edge)组成,

一个节点可能与众多节点直接相连,这些节点被称为邻居(neighbor)

2.图的Python实现

我们使用散列表数据结构实现,在Python中字典(dict)是最常用的散列表。

散列表是无序的所以,字典中节点的添加是没有时序的,先添加和后添加并没有区别。

我们将上图用代码实现

graph={}
graph['你']=['刘备','曹操','孙权']
graph['刘备']=['诸葛亮','法正']
graph['曹操']=['郭嘉','荀彧','关羽']
graph['孙权']=['周瑜','鲁肃']
graph['诸葛亮']=['关羽']
print(graph)

'''
输入如下:
{'你': ['刘备', '曹操', '孙权'], '刘备': ['诸葛亮', '法正'], '曹操': ['郭嘉', '荀彧', '关羽'], '孙权': ['周瑜', '鲁肃'], '诸葛亮': ['关羽']}
'''

3.有向图和无向图

 虽然有箭头指向节点’诸葛亮‘,但是没有从他出发的箭头,这被称为有向图。因此’诸葛亮‘是刘备的邻居,但刘备不是诸葛亮的邻居。

 

无向图没有箭头,直接相连的节点互为邻居。


三、广度优先算法原理及Python实现代码 广度优先搜索算法步骤
  1. 使用一个辅助队列 q,首先将出发节点 v 入队,将其标记为已访问,然后循环检测队列是否为空。
  2. 如果队列不为空,则取出队列第一个元素,并将与该元素相关联的所有未被访问的节点入队,将这些节点标记为已访问。
  3. 如果队列为空,则说明已经按照广度优先遍历了所有的节点。

算法原理图解

  •  建立待搜索队列和搜索完成节点集合,将初始节点加入待搜索队列

  •  对初始节点进行搜索,查看邻居是否为目标节点,
  • 并将1.有子节点且2.未搜索的邻居加入待搜索队列,注意需要满足两个条件才能加入带搜索队列
  • 将搜索完成的节点加入搜索完成节点集合

  • 不断循环直到找到目标节点或者待搜索队列为空
Python实现代码:
from collections import deque

def BFSearch(graph,target,start_node):
    # 辅助队列,用于存储待检查的节点
    search_queue=deque()
    search_queue.append(start_node)
    # 检查过节点,集合,用于避免一个节点是另外多个节点邻居时,造成的重复检查
    searched_set=set()
    # 只要还有未检查的数据,就循环
    while search_queue:
        # 弹出最先加入的节点
        node=search_queue.popleft()
        # 将节点邻居取出来
        for neighbor in graph[node]:
            # 判断是否为 目标节点
            if neighbor ==target:
                print('找到了{}'.format(target))
                return True
            elif (neighbor in graph.keys()) and (neighbor not in searched_set):
                # 不是目标节点,判断加入搜索队列的两个条件
                # 1.自身为系欸但
                # 2.未检查过
                search_queue.append(neighbor)

        searched_set.add(node)
    print('没有找到')
    return False

看一下运行结果

if __name__=='__main__':
    graph={}
    graph['你']=['刘备','曹操','孙权']
    graph['刘备']=['诸葛亮','法正']
    graph['曹操']=['郭嘉','荀彧','关羽']
    graph['孙权']=['周瑜','鲁肃']
    graph['诸葛亮']=['关羽']
    print(graph)
    BFSearch(graph,target='鲁肃',start_node='你')

'''
输出如下:
{'你': ['刘备', '曹操', '孙权'], '刘备': ['诸葛亮', '法正'], '曹操': ['郭嘉', '荀彧', '关羽'], '孙权': ['周瑜', '鲁肃'], '诸葛亮': ['关羽']}
找到了鲁肃
'''

广度优先搜索算法(又称宽度优先搜索)是最简便的图的搜索算法之一。他的计算过程并不复杂,就像是剥洋葱,一层一层的寻找直到找到目标

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