Поиск в ширину (Breadth first search, BFS)

Tree, Алгоритм, Дерево

Обход означает посещение всех узлов графа. «Обход в ширину» или «Поиск в ширину» (Breadth first traversal or Breadth first Search) - это рекурсивный алгоритм поиска всех вершин графа или древовидной структуры данных. В этой статье вы познакомитесь с примерами алгоритма BFS, псевдокода BFS и кодом алгоритма «поиска в ширину» с реализацией в программах на C ++, C, Java и Python.

Алгоритм BFS

Стандартная реализация ВFS помещает каждую вершину графа в одну из двух категорий:

  1. Посещенные.
  2. Не посещенные.

Цель алгоритма - пометить каждую вершину, как посещенную, избегая циклов.

Алгоритм работает следующим образом:

  1. Начните с размещения любой вершины графа в конце очереди.
  2. Возьмите передний элемент очереди и добавьте его в список посещенных.
  3. Создайте список смежных узлов этой вершины. Добавьте те, которых нет в списке посещенных, в конец очереди.
  4. Продолжайте повторять шаги 2 и 3, пока очередь не опустеет.

Граф может иметь две разные несвязанные части, поэтому, чтобы убедиться, что мы покрываем каждую вершину, мы также можем запустить алгоритм BFS на каждом узле.

Пример BFS

Давайте посмотрим, как алгоритм «поиска в ширину» работает на примере. Мы используем неориентированный граф с 5 вершинами.

Мы начнем с вершины 0, алгоритм BFS начинается с помещения его в список посещенных и размещения всех смежных вершин в стеке.

Затем мы посещаем элемент в начале очереди, то есть 1, и переходим к соседним узлам. Так как 0 уже был посещен, мы посещаем 2.

У вершины 2 есть соседняя не посещенная вершина 4, поэтому мы добавляем ее в конец очереди и посещаем 3, которая находится в начале очереди.

В очереди остается только 4, поскольку единственный соседний узел с 3, то есть 0, уже посещен. Мы посещаем вершину 4.

Поскольку очередь пуста, мы завершили обход в ширину графика.

BFS псевдокод

create a queue Q 
mark v as visited and put v into Q 
while Q is non-empty 
    remove the head u of Q 
    mark and enqueue all (unvisited) neighbours of u

Код BFS

Код для алгоритма «поиска в ширину» с примером показан ниже. Код был упрощен, поэтому мы можем сосредоточиться на алгоритме, а не на других деталях.

BFS в C

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define SIZE 40
struct queue {
    int items[SIZE];
    int front;
    int rear;
};
struct queue* createQueue();
void enqueue(struct queue* q, int);
int dequeue(struct queue* q);
void display(struct queue* q);
int isEmpty(struct queue* q);
void printQueue(struct queue* q);
struct node
{
    int vertex;
    struct node* next;
};
struct node* createNode(int);
struct Graph
{
    int numVertices;
    struct node** adjLists;
    int* visited;
};
struct Graph* createGraph(int vertices);
void addEdge(struct Graph* graph, int src, int dest);
void printGraph(struct Graph* graph);
void bfs(struct Graph* graph, int startVertex);
int main()
{
    struct Graph* graph = createGraph(6);
    addEdge(graph, 0, 1);
    addEdge(graph, 0, 2);
    addEdge(graph, 1, 2);
    addEdge(graph, 1, 4);
    addEdge(graph, 1, 3);
    addEdge(graph, 2, 4);
    addEdge(graph, 3, 4);

    bfs(graph, 0);

    return 0;
}
void bfs(struct Graph* graph, int startVertex) {
    struct queue* q = createQueue();

    graph->visited[startVertex] = 1;
    enqueue(q, startVertex);

    while(!isEmpty(q)){
        printQueue(q);
        int currentVertex = dequeue(q);
        printf("Visited %d\n", currentVertex);

       struct node* temp = graph->adjLists[currentVertex];

       while(temp) {
            int adjVertex = temp->vertex;
            if(graph->visited[adjVertex] == 0){
                graph->visited[adjVertex] = 1;
                enqueue(q, adjVertex);
            }
            temp = temp->next;
       }
    }
}

struct node* createNode(int v)
{
    struct node* newNode = malloc(sizeof(struct node));
    newNode->vertex = v;
    newNode->next = NULL;
    return newNode;
}

struct Graph* createGraph(int vertices)
{
    struct Graph* graph = malloc(sizeof(struct Graph));
    graph->numVertices = vertices;

    graph->adjLists = malloc(vertices * sizeof(struct node*));
    graph->visited = malloc(vertices * sizeof(int));


    int i;
    for (i = 0; i < vertices; i++) {
        graph->adjLists[i] = NULL;
        graph->visited[i] = 0;
    }

    return graph;
}

void addEdge(struct Graph* graph, int src, int dest)
{
    // Add edge from src to dest
    struct node* newNode = createNode(dest);
    newNode->next = graph->adjLists[src];
    graph->adjLists[src] = newNode;

    // Add edge from dest to src
    newNode = createNode(src);
    newNode->next = graph->adjLists[dest];
    graph->adjLists[dest] = newNode;
}
struct queue* createQueue() {
    struct queue* q = malloc(sizeof(struct queue));
    q->front = -1;
    q->rear = -1;
    return q;
}
int isEmpty(struct queue* q) {
    if(q->rear == -1) 
        return 1;
    else 
        return 0;
}
void enqueue(struct queue* q, int value){
    if(q->rear == SIZE-1)
        printf("\nQueue is Full!!");
    else {
        if(q->front == -1)
            q->front = 0;
        q->rear++;
        q->items[q->rear] = value;
    }
}
int dequeue(struct queue* q){
    int item;
    if(isEmpty(q)){
        printf("Queue is empty");
        item = -1;
    }
    else{
        item = q->items[q->front];
        q->front++;
        if(q->front > q->rear){
            printf("Resetting queue");
            q->front = q->rear = -1;
        }
    }
    return item;
}
void printQueue(struct queue *q) {
    int i = q->front;
    if(isEmpty(q)) {
        printf("Queue is empty");
    } else {
        printf("\nQueue contains \n");
        for(i = q->front; i < q->rear + 1; i++) {
                printf("%d ", q->items[i]);
        }
    }    
}

BFS в C++

#include <iostream>
#include <list>

using namespace std;

class Graph
{
    int numVertices;
    list *adjLists;
    bool* visited;
public:
    Graph(int vertices);  
    void addEdge(int src, int dest); 
    void BFS(int startVertex);
};

Graph::Graph(int vertices)
{
    numVertices = vertices;
    adjLists = new list[vertices];
}

void Graph::addEdge(int src, int dest)
{
    adjLists[src].push_back(dest);
    adjLists[dest].push_back(src);
}

void Graph::BFS(int startVertex)
{
    visited = new bool[numVertices];
    for(int i = 0; i < numVertices; i++)
        visited[i] = false;

    list queue;

    visited[startVertex] = true;
    queue.push_back(startVertex);

    list::iterator i;

    while(!queue.empty())
    {
        int currVertex = queue.front();
        cout << "Visited " << currVertex << " ";
        queue.pop_front();

        for(i = adjLists[currVertex].begin(); i != adjLists[currVertex].end(); ++i)
        {
            int adjVertex = *i;
            if(!visited[adjVertex])
            {
                visited[adjVertex] = true;
                queue.push_back(adjVertex);
            }
        }
    }
}

int main()
{
    Graph g(4);
    g.addEdge(0, 1);
    g.addEdge(0, 2);
    g.addEdge(1, 2);
    g.addEdge(2, 0);
    g.addEdge(2, 3);
    g.addEdge(3, 3);
    g.BFS(2);

    return 0;
}

BFS Java код (Java code)

import java.io.*;
import java.util.*;

class Graph
{
    private int numVertices;
    private LinkedList<Integer> adjLists[];
    private boolean visited[];

    Graph(int v)
    {
        numVertices = v;
        visited = new boolean[numVertices];
        adjLists = new LinkedList[numVertices];
        for (int i=0; i i = adjLists[currVertex].listIterator();
            while (i.hasNext())
            {
                int adjVertex = i.next();
                if (!visited[adjVertex])
                {
                    visited[adjVertex] = true;
                    queue.add(adjVertex);
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String args[])
    {
        Graph g = new Graph(4);

        g.addEdge(0, 1);
        g.addEdge(0, 2);
        g.addEdge(1, 2);
        g.addEdge(2, 0);
        g.addEdge(2, 3);
        g.addEdge(3, 3);

        System.out.println("Following is Breadth First Traversal "+
                           "(starting from vertex 2)");

        g.BFS(2);
    }
}

BFS в Python

import collections
def bfs(graph, root): 
    visited, queue = set(), collections.deque([root])
    visited.add(root)
    while queue: 
        vertex = queue.popleft()
        for neighbour in graph[vertex]: 
            if neighbour not in visited: 
                visited.add(neighbour) 
                queue.append(neighbour) 
if __name__ == '__main__':
    graph = {0: [1, 2], 1: [2], 2: [3], 3: [1,2]} 
    breadth_first_search(graph, 0)
Рекомендуем хостинг TIMEWEB
Рекомендуем хостинг TIMEWEB
Стабильный хостинг, на котором располагается социальная сеть EVILEG. Для проектов на Django рекомендуем VDS хостинг.
Поддержать автора Donate

Комментарии

Только авторизованные пользователи могут публиковать комментарии.
Пожалуйста, авторизуйтесь или зарегистрируйтесь
Donate

Здравствуйте, уважаемые пользователи EVILEG !!!

Если сайт вам помог, то поддержите разработку сайта финансово, пожалуйста.

Вы можете сделать это следующими способами:

Спасибо, Евгений Легоцкой

SF
27 января 2020 г. 5:10
Sergei Filin

C++ - Тест 001. Первая программа и типы данных

  • Результат:73баллов,
  • Очки рейтинга1
БМ
25 января 2020 г. 13:16
Бекзод Муминов

C++ - Тест 001. Первая программа и типы данных

  • Результат:53баллов,
  • Очки рейтинга-4
БМ
25 января 2020 г. 13:04
Бекзод Муминов

C++ - Тест 004. Указатели, Массивы и Циклы

  • Результат:20баллов,
  • Очки рейтинга-10
Последние комментарии
m
27 января 2020 г. 9:53
michaeldevp

Единственная проблема состоит в том, что для выделения QCheckBox приходится дважны нажимать мышь. Получается что сначала выделяется ячейка. а только потом фокус уже попадает на виджет. …
27 января 2020 г. 1:01
Ruslan Polupan

Да так, посмотрел библиотеку попробовал примеры...
s
26 января 2020 г. 14:51
shame

Чего не webassembly?
21 января 2020 г. 14:12
Docent

Полезная статья. Как всегда - то что надо. Добавлю ещё маленькую полезность - после установки tracer (88 строка) и перед выводом значений в lineEdit (91 строка) стоит добавить updatePositio…
17 января 2020 г. 2:31
Андрей Янкович

Выглядит как ошибка библиотеки. Расскажите подробно на какой платформе вы собираете проект (MinGW или MSVC) их версии и версии Qt.
Сейчас обсуждают на форуме
27 января 2020 г. 3:17
Илья Чичак

а почему бы не сделать одну модель, например Attachement со всеми этими полями, и в зависимости от действия пользователя, например, "добавить документ", "добавить картинку" и т.д. класть все это…
E
26 января 2020 г. 11:42
Edi

Другого способа, как получать перезагруженный контент через JavaScript на странице, я не знаю. Получилось сделать без QWebEngineView, с помощью QWebEnginePage, runJavaScrip…
E
26 января 2020 г. 11:14
Edi

Да, я не понял до конца того, как это работает, мало опыта работы с qt и QVAriant ни разу не использовал. Спасибо за помощь)
VZ
26 января 2020 г. 4:11
Vladimir Zhitkovsky

Да, спасибо порешалось таким образом: удаление одного for(int i = 0; i < lstData.count(); ++i){ auto *data= dynamic_cast<Data*>(lstData[i]); if(data) { if(…
14 января 2020 г. 9:04
Руслан Волшебник

Проблема осталась. Но я выснил, что это происходит когда файл достигает максимального размера.
EVILEG
О нас
Услуги
© EVILEG 2015-2019
Рекомендует хостинг TIMEWEB