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图的理解:深度优先和广度优先遍历及其 Java 实现
阅读量:7013 次
发布时间:2019-06-28

本文共 4061 字,大约阅读时间需要 13 分钟。

遍历

图的遍历,所谓遍历,即是对结点的访问。一个图有那么多个结点,如何遍历这些结点,需要特定策略,一般有两种访问策略:

  • 深度优先遍历

  • 广度优先遍历

深度优先

深度优先遍历,从初始访问结点出发,我们知道初始访问结点可能有多个邻接结点,深度优先遍历的策略就是首先访问第一个邻接结点,然后再以这个被访问的邻接结点作为初始结点,访问它的第一个邻接结点。总结起来可以这样说:每次都在访问完当前结点后首先访问当前结点的第一个邻接结点。

我们从这里可以看到,这样的访问策略是优先往纵向挖掘深入,而不是对一个结点的所有邻接结点进行横向访问。

具体算法表述如下:

  1. 访问初始结点v,并标记结点v为已访问。

  2. 查找结点v的第一个邻接结点w。

  3. 若w存在,则继续执行4,否则算法结束。

  4. 若w未被访问,对w进行深度优先遍历递归(即把w当做另一个v,然后进行步骤123)。

  5. 查找结点v的w邻接结点的下一个邻接结点,转到步骤3。

例如下图,其深度优先遍历顺序为 1->2->4->8->5->3->6->7

广度优先

类似于一个分层搜索的过程,广度优先遍历需要使用一个队列以保持访问过的结点的顺序,以便按这个顺序来访问这些结点的邻接结点。

具体算法表述如下:

  1. 访问初始结点v并标记结点v为已访问。

  2. 结点v入队列

  3. 当队列非空时,继续执行,否则算法结束。

  4. 出队列,取得队头结点u。

  5. 查找结点u的第一个邻接结点w。

  6. 若结点u的邻接结点w不存在,则转到步骤3;否则循环执行以下三个步骤:

    1). 若结点w尚未被访问,则访问结点w并标记为已访问。2). 结点w入队列3). 查找结点u的继w邻接结点后的下一个邻接结点w,转到步骤6。

如下图,其广度优先算法的遍历顺序为:1->2->3->4->5->6->7->8

Java实现

前面一文已经给出了邻接矩阵图模型类 AMWGraph.java,在原先类的基础上增加了两个遍历的函数,分别是 depthFirstSearch() 和 broadFirstSearch() 分别代表深度优先和广度优先遍历。

import java.util.ArrayList;import java.util.LinkedList;/** * @description 邻接矩阵模型类 * @author beanlam * @time 2015.4.17  */public class AMWGraph {    private ArrayList vertexList;//存储点的链表    private int[][] edges;//邻接矩阵,用来存储边    private int numOfEdges;//边的数目    public AMWGraph(int n) {        //初始化矩阵,一维数组,和边的数目        edges=new int[n][n];        vertexList=new ArrayList(n);        numOfEdges=0;    }    //得到结点的个数    public int getNumOfVertex() {        return vertexList.size();    }    //得到边的数目    public int getNumOfEdges() {        return numOfEdges;    }    //返回结点i的数据    public Object getValueByIndex(int i) {        return vertexList.get(i);    }    //返回v1,v2的权值    public int getWeight(int v1,int v2) {        return edges[v1][v2];    }    //插入结点    public void insertVertex(Object vertex) {        vertexList.add(vertexList.size(),vertex);    }    //插入结点    public void insertEdge(int v1,int v2,int weight) {        edges[v1][v2]=weight;        numOfEdges++;    }    //删除结点    public void deleteEdge(int v1,int v2) {        edges[v1][v2]=0;        numOfEdges--;    }    //得到第一个邻接结点的下标    public int getFirstNeighbor(int index) {        for(int j=0;j
0) { return j; } } return -1; } //根据前一个邻接结点的下标来取得下一个邻接结点 public int getNextNeighbor(int v1,int v2) { for (int j=v2+1;j
0) { return j; } } return -1; } //私有函数,深度优先遍历 private void depthFirstSearch(boolean[] isVisited,int i) { //首先访问该结点,在控制台打印出来 System.out.print(getValueByIndex(i)+" "); //置该结点为已访问 isVisited[i]=true; int w=getFirstNeighbor(i);// while (w!=-1) { if (!isVisited[w]) { depthFirstSearch(isVisited,w); } w=getNextNeighbor(i, w); } } //对外公开函数,深度优先遍历,与其同名私有函数属于方法重载 public void depthFirstSearch() { for(int i=0;i

  

 

上面的public声明的depthFirstSearch()和broadFirstSearch()函数,是为了应对当该图是非连通图的情况,如果是非连通图,那么只通过一个结点是无法完全遍历所有结点的。

下面根据上面用来举例的图来构造测试类:

public class TestSearch {    public static void main(String args[]) {        int n=8,e=9;//分别代表结点个数和边的数目        String labels[]={"1","2","3","4","5","6","7","8"};//结点的标识        AMWGraph graph=new AMWGraph(n);        for(String label:labels) {            graph.insertVertex(label);//插入结点        }        //插入九条边        graph.insertEdge(0, 1, 1);        graph.insertEdge(0, 2, 1);        graph.insertEdge(1, 3, 1);        graph.insertEdge(1, 4, 1);        graph.insertEdge(3, 7, 1);        graph.insertEdge(4, 7, 1);        graph.insertEdge(2, 5, 1);        graph.insertEdge(2, 6, 1);        graph.insertEdge(5, 6, 1);        graph.insertEdge(1, 0, 1);        graph.insertEdge(2, 0, 1);        graph.insertEdge(3, 1, 1);        graph.insertEdge(4, 1, 1);        graph.insertEdge(7, 3, 1);        graph.insertEdge(7, 4, 1);        graph.insertEdge(6, 2, 1);        graph.insertEdge(5, 2, 1);        graph.insertEdge(6, 5, 1);                System.out.println("深度优先搜索序列为:");        graph.depthFirstSearch();        System.out.println();        System.out.println("广度优先搜索序列为:");        graph.broadFirstSearch();    }}

  

 

运行后控制台输出如下:

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