【29. DFS深度优先】

简介: # 概述- DFS:深度优先遍历,从一条路径走到叶节点,然后回溯,继续遍历(不撞南墙不回头)- BFS:广度优先遍历,从根节点,一层一层的遍历,每一层把所有的节点都遍历完成。## 递归思想- 递归在于不断调用自己的函数,层层深入,直到遇到递归终止条件后层层回溯,其思想与dfs的思想不谋而合;因此,可以使用递归来实现dfs。- 递归的进入比较容易理解,但是递归的回溯是在计算机底层执行的,我们无法看到。因此这是理解递归的唯一一个难点。

概述

  • DFS:深度优先遍历,从一条路径走到叶节点,然后回溯,继续遍历(不撞南墙不回头)
  • BFS:广度优先遍历,从根节点,一层一层的遍历,每一层把所有的节点都遍历完成。

递归思想

  • 递归在于不断调用自己的函数,层层深入,直到遇到递归终止条件后层层回溯,其思想与dfs的思想不谋而合;因此,可以使用递归来实现dfs。
  • 递归的进入比较容易理解,但是递归的回溯是在计算机底层执行的,我们无法看到。因此这是理解递归的唯一一个难点。

让我们来看一下这样一个简单的递归程序

1661154930907.png

1661154946526.png

DFS解决全排列问题

  • 对于全排列问题,n = 3 为例,进行DFS搜索:

1661154962173.png

步骤1

假设有 3 个空位,从前往后填数字,每次填一个位置,填的数字不能和前面一样。

最开始的时候,三个空位都是空的:__ __ __

首先填写第一个空位,第一个空位可以填 1,填写后为:1 __ __

填好第一个空位,填第二个空位,第二个空位可以填 2,填写后为:1 2 __

填好第二个空位,填第三个空位,第三个空位可以填 3,填写后为: 1 2 3

这时候,空位填完,无法继续填数,所以这是一种方案,输出。

步骤2

然后往后退一步,退到了状态:1 2 __ 。剩余第三个空位没有填数。第三个空位上除了填过的 3 ,没有其他数字可以填。

因此再往后退一步,退到了状态:1 __ __。第二个空位上除了填过的 2,还可以填 3。第二个空位上填写 3,填写后为:1 3 __

填好第二个空位,填第三个空位,第三个空位可以填 2,填写后为: 1 3 2

这时候,空位填完,无法继续填数,所以这是一种方案,输出。

步骤3

然后往后退一步,退到了状态:1 3 __ 。剩余第三个空位没有填数。第三个空位上除了填过的 2,没有其他数字可以填。

因此再往后退一步,退到了状态:1 __ __。第二个空位上除了填过的 2,3,没有其他数字可以填。

因此再往后退一步,退到了状态:__ __ __。第一个空位上除了填过的 1,还可以填 2。第一个空位上填写 2,填写后为:2 __ __

填好第一个空位,填第二个空位,第二个空位可以填 1,填写后为:2 1 __

填好第二个空位,填第三个空位,第三个空位可以填 3,填写后为:2 1 3

这时候,空位填完,无法继续填数,所以这是一种方案,输出。

步骤4

然后往后退一步,退到了状态:2 1 __ 。剩余第三个空位没有填数。第三个空位上除了填过的 3,没有其他数字可以填。

因此再往后退一步,退到了状态:2 __ __。第二个空位上除了填过的 1,还可以填 3。第二个空位上填写 3,填写后为:2 3 __

填好第二个空位,填第三个空位,第三个空位可以填 1,填写后为:2 3 1

这时候,空位填完,无法继续填数,所以这是一种方案,输出。

步骤5

然后往后退一步,退到了状态:2 3 __ 。剩余第三个空位没有填数。第三个空位上除了填过的 1,没有其他数字可以填。

因此再往后退一步,退到了状态:2 __ __。第二个空位上除了填过的 1,3,没有其他数字可以填。

因此再往后退一步,退到了状态:__ __ __。第一个空位上除了填过的 1,2,还可以填 3。第一个空位上填写 3,填写后为:3 __ __

填好第一个空位,填第二个空位,第二个空位可以填 1,填写后为:3 1 __

填好第二个空位,填第三个空位,第三个空位可以填 2,填写后为:3 1 2

这时候,空位填完,无法继续填数,所以这是一种方案,输出。

步骤6

然后往后退一步,退到了状态:3 1 __ 。剩余第三个空位没有填数。第三个空位上除了填过的 2,没有其他数字可以填。

因此再往后退一步,退到了状态:3 __ __。第二个空位上除了填过的 1,还可以填 2。第二个空位上填写 2,填写后为:3 2 __

填好第二个空位,填第三个空位,第三个空位可以填 1,填写后为:3 2 1

这时候,空位填完,无法继续填数,所以这是一种方案,输出。

步骤7

然后往后退一步,退到了状态:3 2 __ 。剩余第三个空位没有填数。第三个空位上除了填过的 1,2,没有其他数字可以填。

因此再往后退一步,退到了状态:3 __ __。第二个空位上除了填过的 1,2,没有其他数字可以填。

因此再往后退一步,退到了状态:__ __ __。第一个空位上除了填过的 1,2,3,没有其他数字可以填。

此时深度优先搜索结束,输出了所有的方案。

算法

  • path[] 数组保存排列,当排列的长度为 n 时,是一种方案,输出。
  • state[] 数组表示数字是否用过。当 state[i] 为 1 时:i 已经被用过,state[i]0 时,i 没有被用过。
  • dfs(i) 表示的含义是:在 path[i] 处填写数字,然后递归的在下一个位置填写数字。
  • 回溯:第 i 个位置填写某个数字的所有情况都遍历后, 第 i 个位置填写下一个数字。(对于for循环的回溯)

题目

1661155117547.png

代码

#include <iostream>
using namespace std;

const int N = 10;
int n;
int path[N];          //保存序列
bool state[N];        //表示状态位,没被占用为false,否则为true

void dfs(int u )
{
    if (u == n)                         //遍历到叶节点,就打印
    {
        for (int i = 0; i < n; i ++)
        {
            cout << path[i] << " ";      
        }
        cout << endl;
    }
    
    for (int i = 1; i <= n; i ++)         //从1开始
    {
        if (!state[i])                    //如果数字 i 没有被用过
        {
            path[u] = i;                  //放入空位
            state[i] = 1;                 //数字被用,修改状态
            dfs(u + 1);                   //填下一个位
            state[i] = 0;                 //回溯,取出 i(这里是回溯到for循环)
        }
    }
}

int main()
{
    cin >> n;
    dfs(0);                              //从0开始,意味着第一个数字的下标为0,也可以从1开始,看个人习惯
    return 0;
}

原文链接https://www.acwing.com/solution/content/30988/

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