前言
无论在算法面试还是刷题中,深度优先搜索(DFS)和广度优先搜索(BFS)都是一个绕不过去的坎。不同于数组的从左至右遍历,循环常用于一维数据结构的遍历。而DFS
和BFS
则常用于多维数据结构的遍历,最常见的莫过于嵌套结构的多叉树
了。
递归
我们先看看什么是递归
递归(英語:Recursion),又译为递回,在数学与计算机科学中,是指在函数的定义中使用函数自身的方法。
递归的概念很简单,就是指函数中调用函数本身,形成不断重复的调用。递归可以帮助我们将大问题化解为小问题,通过小问题的解来组成大问题的解。
我们来看个经典的递归运用斐波那契数列
斐波那契数,通常用 F(n) 表示,形成的序列称为 斐波那契数列 。该数列由 0 和 1 开始,后面的每一项数字都是前面两项数字的和。
现在我们来利用递归实现F(n)
吧
const F = (n) => { // 小问题直接解决 if (n === 0) return 0 if (n === 1) return 1 // 把大问题化解为小问题 // 我们只需要将问题分解为小问题F(n - 1)和F(n - 2) // 不用关心F(n - 1)和F(n -2)的求解过程 // 事实上只要n-1和n-2大于1就会一直拆解问题 // 直到遇到已经的0和1的解 return F(n - 1) + F(n - 2) } 复制代码
DFS
因为DFS
实际是利用递归来实现的,所以前面讲了半天的递归。
现在才开始进入今天的主题,先来看看什么是深度优先搜索
形象点说深度优先搜索就是
一条路走到黑
,不撞南墙不回头
的递归搜索
以多叉树的搜索为例
- 从A开始,发现有子节点B,B继续发现有子节点E,所以第一条搜索路径是
A -> B -> E
- E回退到B,发现B还有未搜索的子节点F,F继续发现子节点I,所以第二条搜索路径是
F -> I
- 同理,继续回退及搜索,最后形成路径
A -> B -> E -> F -> I -> C -> D -> G -> J -> K -> H
知道DFS
是什么后,我们通过几道leetcode题来掌握DFS
1.二叉树的前序遍历
我们先来看个最简单的二叉树遍历
提示:前序遍历是对于任一个节点
node
来说,搜索先后顺序为node -> node.left -> node.right
给你二叉树的根节点 root ,返回它节点值的 前序 遍历。
// 图片
/** * Definition for a binary tree node. * function TreeNode(val, left, right) { * this.val = (val===undefined ? 0 : val) * this.left = (left===undefined ? null : left) * this.right = (right===undefined ? null : right) * } */ /** * @param {TreeNode} root * @return {number[]} */ var preorderTraversal = function(root) { const ans = [] if (!root) return ans // 实现DFS const dfs = (node) => { // 在搜索过程中往答案中加入当前节点值 ans.push(node.val) // 递归的出口为当前节点没有左子节点和右子节点 // 递归搜索左子节点 if (node.left) { dfs(node.left) } // 递归搜索右子节点 if (node.right) { dfs(node.right) } } dfs(root) return ans }; 复制代码
2.合并二叉树
给定两个二叉树,想象当你将它们中的一个覆盖到另一个上时,两个二叉树的一些节点便会重叠。
你需要将他们合并为一个新的二叉树。合并的规则是如果两个节点重叠,那么将他们的值相加作为节点合并后的新值,否则不为NULL 的节点将直接作为新二叉树的节点。
示例1:
var mergeTrees = function(root1, root2) { // 递归的一个重要逻辑就是要定义出口防止无限递归 // 下面的条件判断可以理解为出口 // 需要注意的是,出口可能是解 // 或者是不符条件的终止,我们将不符条件的终止叫做剪枝 if (!root1 && !root2) { return null } if (root1 && !root2) { return root1 } if (!root1 && root2) { return root2 } // 如果问题还没被分解为最小问题 // 则需要再次分解成子问题 // 子问题的求解顺序则决定我们是使用DFS还是BFS const node = new TreeNode(root1.val + root2.val) // 我们在这先求解node.left // 也就是会对root1.left和root2.left进行合并 // 当root1.left和root2.left仍然不是最小子问题时会继续往下递归调用mergeTrees // 所以这是一种持续深入的递归求解模式,我们称其为DFS node.left = mergeTrees(root1.left, root2.left) // 当执行到右子节点时,左子节点及左子节点的后代实际都已经完成合并 node.right = mergeTrees(root1.right, root2.right) return node; }; 复制代码
3.岛屿的最大面积
前面都是树结构的数据,我们来看看一个二维数组的搜索。
给你一个大小为 m x n 的二进制矩阵 grid 。
岛屿是由一些相邻的1(代表土地) 构成的组合,这里的「相邻」要求两个 1 必须在 水平或者竖直的四个方向上 相邻。你可以假设grid 的四个边缘都被 0(代表水)包围着。
岛屿的面积是岛上值为 1 的单元格的数目。
计算并返回 grid 中最大的岛屿面积。如果没有岛屿,则返回面积为 0 。
var maxAreaOfIsland = function(grid) { // 初始化m/n用于计算边界 const m = grid.length const n = grid[0].length // 初始答案0 let ans = 0 // dfs函数 const getGrid = (row, col) => { let count = 0 // 出口条件当前格子为0 if (grid[row][col] === 1) { // 这边可以重点注意下 // 搜索过的格子置为0防止重复搜索 grid[row][col] = 0 count++ // 先搜索某一方向 // 直到遇到出口为止 // 所以当前搜索模式为深度优先搜索DFS if (row > 0) { count += getGrid(row - 1, col) } if (row + 1 < m) { count += getGrid(row + 1, col) } if (col > 0) { count += getGrid(row, col - 1) } if (col + 1 < n) { count += getGrid(row, col + 1) } } return count } // 不同于于树结构有根节点 // 对于二维数组来说没有根节点 // 所以我们需要遍历使用每个节点来进行上下左右的搜索 for (let i = 0; i < m; i++) { for (let j = 0; j < n; j++) { if (grid[i][j] === 1) { // 搜索更新最大值 ans = Math.max(getGrid(i, j), ans) } } } return ans }; 复制代码
总结
我们来总结下今天的知识点
- 递归是指函数调用本身
DFS
和BFS
实际是遍历方法,只不过其遍历的数据类型是树或图或其它多维数据结构DFS
是递归算法的一种,通过优先解答某一子问题,子子问题的来实现深度优先- 使用
DFS
需要注意
- 函数要有出口,防止无限递归,出口可以是答案也可以是不符合条件的剪枝