二维容器进行图的DFS搜索和BFS搜索-C++STL模板

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简介: 二维容器进行图的DFS搜索和BFS搜索-C++STL模板

场景


小K 喜欢翻看洛谷博客获取知识。每篇文章可能会有若干个(也有可能没有)参考文献的链接指向别的博客文章。小K 求知欲旺盛,如果他看了某篇文章,那么他一定会去看这篇文章的参考文献(如果他之前已经看过这篇参考文献的话就不用再看它了)。那么小K看了某篇文章后一定会看到哪些文章呢?


题源:查找文献-洛谷


算法过程

这是一个图的搜索问题,图的搜索有两种方式:


DFS(深度优先搜索)

BFS(广度优先搜索)

深度优先搜索:


利用栈先进后出的特点,先将开始访问的结点入栈,然后重复下面两个步骤:

1)访问栈顶元素,然后将它出栈

2)将原栈顶结点指向的所有结点入栈

直到栈空或已经访问完所有结点,搜索结束。


广度优先搜索:


利用队列先进先出的特点,类似地,先将开始访问的结点入队,然后重复下面两个步骤:

1)访问队头元素,然后将它出队

2)将原队头结点指向的所有结点出队

直到队空或已经访问完所有结点,搜索结束。


需求分析:


所有结点仅访问一次,且必须访问从起始结点能访问到的全部结点

如果访问一个结点后,下一步同时存在多个选择,则优先访问编号较小的结点

结点数量不超过105,边数不超过106

数据表示:


邻接矩阵显然不太行,因为可能需要1010个元素的二维数组。邻接表是可以的,但由于需要优先访问编号较小的结点,所以我最终选择了以升序优先队列为元素的容器,类似于二维容器。


二维容器

了解优先队列

vector< priority_queue<int,vector<int>,greater<int>>  > a;
vector<int> visit;  //标记结点是否已访问


问题描述


1. 重复访问一个结点

如在深度优先遍历中,我控制了已访问的元素不再入栈。


相关代码:

while(!a[t].empty()) {  //结点t相关结点(未访问的)入栈 
  if(visit[a[t].top()]==0)
  ss.push(a[t].top()); 
  a[t].pop(); }

在一些测试数据中,它确实完成了我所希望它做的事情。但是我们看一个简单的例子:




在这个例子中,访问结点2时,结点4就压入栈中了,接着要访问结点3,但此时结点4还未访问,所以结点4又入栈。这就可能导致对4的重复访问。


解决方案:


改在出栈时判断结点是否已经访问


if(visit[t]==0) {
  cout<<t<<" "; visit[t]=1; visit[0]++; }

2. 非法访问内存

解决了上面的问题之后,程序运行又被告知非法访问内存了。


相关代码:

//----------广度优先遍历
while(visit[0]<n) {
  int t=q.front(); q.pop();
  if(visit[t]==0) {
  cout<<t<<" "; visit[t]=1; visit[0]++; }
  while(!aa[t].empty()) {
  q.push(aa[t].top());
  aa[t].pop(); } }

仔细观察外层循环的控制条件,发现只有在所有的结点都被访问过,循环才会停止。但是我当时忽略了一种可能:如果输入的图是非连通的呢?那么第二行队列q已经空了,仍然会被要求返回队头元素并弹出队头。


解决方案:


while(visit[0]<n && !q.empty()) {

1

找到问题之后,处理问题反而挺简单了,仅仅加了个!q.empty()的判断条件。但是为什么不把前面visit[0]<n的判断条件去掉呢?

因为访问完所有结点后,队列还不一定为空呀!队列中可能还有已经访问过的结点,提前结束循环可以稍稍提高一点程序的效率。


最终源代码

#include<iostream>
#include<queue>
#include<vector>
#include<stack>
using namespace std;
int main() {
  vector< priority_queue<int,vector<int>,greater<int>>  > a;
  queue<int> q;
  stack<int> s,ss;  //ss辅助 
  vector<int> visit;  //已访问结点记1,下标0记录已访问结点数 
  int n,m,x,y;  //x,y为x到y的一条边 
  cin>>n>>m;
  for(int i=0;i<=n;i++) { //扩充结点,下标0不用 
  a.push_back(priority_queue< int,vector<int>,greater<int> >()); 
  visit.push_back(int()); }
  for(int i=0;i<m;i++) {  //输入边 
  cin>>x>>y;
  a[x].push(y); }
  vector< priority_queue<int,vector<int>,greater<int>>  > aa(a);  //因为a经过一次遍历后就空了 
  //----------深度优先遍历 
  s.push(1);
  while(visit[0]<n && !s.empty()) { 
  int t=s.top(); s.pop(); //t记录栈顶,待访问结点出栈 
  if(visit[t]==0) {
    cout<<t<<" "; visit[t]=1; visit[0]++; }  
  while(!a[t].empty()) {  //t相关结点(未访问的)入栈 
    ss.push(a[t].top()); 
    a[t].pop(); }
  while(!ss.empty()) {  //入栈共两次,使最终出栈为升序 
    s.push(ss.top()); ss.pop(); } }
  cout<<endl;
  //----------广度优先遍历
  for(int i=0;i<=n;i++)
  visit[i]=0;
  q.push(1);
  while(visit[0]<n && !q.empty()) {
  int t=q.front(); q.pop();
  if(visit[t]==0) {
    cout<<t<<" "; visit[t]=1; visit[0]++; }
  while(!aa[t].empty()) {
    q.push(aa[t].top());
    aa[t].pop(); } }
  return 0; }
/*测试数据:
8 9
1 2
1 3
1 4
2 5
2 6
3 7
4 7
4 8
7 8
*/


运行:

image.png

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