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決議DFS(持續更新中)

2020-09-24 21:58:07 前端設計

DFS介紹:

DFS 全稱是 Depth First Search ,中文名是深度優先搜索,是一種用于遍歷或搜索樹或圖的演算法,

該演算法講解時常常與 BFS 并列,但兩者除了都能遍歷圖的連通塊以外,用途完全不同,很少有能混用兩種演算法的情況,

DFS 最顯著的特征在于其遞回呼叫自身 ,同時與 BFS 類似,DFS 會對其訪問過的點打上訪問標記,在遍歷圖時跳過已打過標記的點,以確保 每個點僅訪問一次 ,符合以上兩條規則的函式,便是廣義上的 DFS,

DFS的思路:所謂深度優先,就是說每次都嘗試向更深的節點走,

DFS優化:DFS是暴搜,改寫成記憶化搜索之類的,或者剪枝(break一些分支)都可以優化(待補充),

DFS的板子大致如下:

void dfs(int step)
{
    if(走到邊界)
    {
       操作();//輸出答案等
       return;
    }
    else
    {
        for()//列舉方向等
            if(滿足進一步搜索條件)
            {
                標記為訪問;
                search(step+1);
                識訓標記;//回溯
            }
    }
}

這個板子看上去比較易懂,但其細節還是值得思考的,下面以幾個經典題目為例子,決議DFS相關陳述句,

例題1:求1-n全排列

這是DFS求全排列的板子,喜歡的可以點擊拿走(

題目大意:就是求1-n全排列

首先,我們可以模擬一下求全排列這個程序(參考了《啊哈!演算法》)

這里模擬n=3的情況

我們有三張卡牌1,2,3 并且有三個卡槽,現在要將三張牌放入三個卡槽中,從第一個卡槽開始出發,首先我們向第一個卡槽放入1,然后繼續向前走,依次放入2,3,并向前走(到第三個卡槽后一步),此時,得到了第一個序列1,2,3,(靈魂配圖預警)

而且,我們的手中已經沒有卡牌了,所以要回退,在回到第三個卡槽的時候,識訓第三張牌(這里是3),然而此時若放下3便和剛才的情況重復,于是繼續回退識訓第二張牌(這里是2),在完成識訓第二張牌的動作之后,我們手上有了2,3,于是便可以將3放入第二個卡槽,向前走,將2放入地三個卡槽,得到第二個序列1,3,2,

類似地,可以得到1-3的全排列,

模擬完后我們就可以輕松寫出代碼了

現在上代碼:(先看看注釋理解一下吧)

#include<iostream>
using namespace std;
int a[100001],n;
bool book[100001];//判斷是否被訪問 
void dfs(int step){
	// if(滿足所需要的條件)   {  相應的操作;return;} 
	if(step==n+1){
		for(int i=1;i<=n;i++) printf("%d ",a[i]);//列印 
		cout<<endl;
		return; 
	}
	//列舉 
	for(int i=1;i<=n;i++)
	{
		if(book[i]==0)
		{
			a[step]=i;//記錄資料 
			book[i]=1;//記錄相應的數已經被訪問
			dfs(step+1);//進一步搜索 
			book[i]=0;//恢復到未被訪問 
		}
	}
}
int main(){
	cin>>n;
	dfs(1);//從一開始搜索并且列印 
	return 0;
}

很多陳述句都是很好理解的,但是不是還是一頭霧水

那么只要解決幾個難懂的問題就可以了

現在需要決議的是:

Q1:這個函式實作了什么?

先撇開判定搜完一輪的if陳述句,這個函式其實就是for回圈套著for回圈,他的本質其實與n個for回圈無異,但是為什么要這樣子寫?就是因為n可能很大,用for一直寫可能實作不了,所以這個函式的功能就是暴力依次列舉1-n的全排列(可以試試n=3只用for回圈實作就可以理解了),

Q2:如下,這里的return陳述句到底回傳到了哪里?

// if(滿足所需要的條件)   {  相應的操作;return;} 
	if(step==n+1){
		for(int i=1;i<=n;i++) printf("%d ",a[i]);//列印 
		cout<<endl;
		return; 
	}

這個問題困擾了我很久,在被dalao教做人與dalao討論后,我得到了較為清楚的解釋,

return的作用無非是回傳,結束該層的函式,而在這個函式中,便是結束了一個dfs(n+1),回到了dfs(n)中(第n層回圈),并繼續執行dfs(n)中的陳述句,比如這里是回到第二個陳述句中:

1	dfs(step+1);		
2    book[i]=0;//恢復到未被訪問 

拿剛才的模擬程序來說:就是我們已經走到第三個卡槽之后,開始回退,

Q3:為什么回退之后拿回第一張牌(比如模擬中的第三個卡槽的牌)之后,不會出現立即將該牌放入相應卡槽出現死回圈的現象呢?

以模擬程序為例,回到程式中,不難發現,此時的回圈中的i=4,已經跳出這層回圈了,自然地,回到了上一層回圈(也就是第二個卡槽中,實作了回退),

(待補充)

解決了這些問題之后,大概就能夠比較清楚地了解DFS的作業原理了,

下面用遞回樹來刻畫DFS實作的程序以加深理解(以求1-3的全排列為例):

前方靈魂圖示預警

從第一個結點出發,開始搜索~

根據DFS的思路,搜到無路可走開始回退,

類似地,繼續往下搜,直到得到所有答案:

例2:迷宮

題目大意:就是給你一個迷宮(廢話),迷宮有一些障礙,需要你求從起點坐標到終點坐標的方案總數,

題目鏈接

下面貼出代碼以供參考:

#include<cstdio>
#include<iostream>
#include<cmath>
#include<algorithm> 
using namespace std;
typedef unsigned long long ll;
int map[10][10];//存圖 
int x,y;//記錄起點坐標 
int px,py;//記錄終點坐標 
int m,n,t;
int a,b;//記錄障礙點 
ll ans=0;//初始化ans
const int dx[4]={0,0,-1,1};//x direction
const int dy[4]={1,-1,0,0};//y direction
void dfs(int x,int y){
	if(x==px&&y==py)//到達終點 
	{
		ans++;
		return;
	}
	else{
		for(int i=0;i<4;i++)
		{
			int kx=x+dx[i];int ky=y+dy[i];//進行移動 
			//判定是否越界 有障礙 已經訪問過 
			if(kx<1||ky<1||kx>m||ky>n||map[kx][ky]==1||map[kx][ky]==2)continue;
			
			map[kx][ky]=1;//標記已經訪問 
			dfs(kx,ky);
			map[kx][ky]=0;
		}
	}
}
int main(){
	cin>>n>>m>>t;
	cin>>x>>y;cin>>px>>py; 
	while(t--){
		cin>>a>>b;
		map[a][b]=2;
	}
	map[x][y]=1;//初始化,標記起點為已經訪問 
	dfs(x,y);//從起點開始搜		
	cout<<ans;
	return 0;
}

DFS易錯點

初學DFS,很容易會寫出bug,這里就放一些出現錯誤的代碼供讀者閱讀、修改,同時我也會貼出正確代碼并加以決議,

例1:租用游艇(題目請點擊下面的鏈接~)

https://www.luogu.com.cn/problem/P1359

決議:這道題本來不是DFS解的題,但是用DFS+剪枝也能夠過,所以就貼出來了~

思路:這題其實就是求最短路,不懂的可以畫一下圖,我們只需要暴搜將所有的路徑長度求出并不斷更新答案就可以了,

圖示:

#include<cstdio>
#include<iostream>
#include<cmath>
#include<algorithm> 
using namespace std;
typedef unsigned long long ll;
int map[201][201]; //map[i][j]:結點i->j的鍵值 
int ans=1e7;//初始化ans為足夠大 
int n;
void dfs(int step,int temp){
	if(temp>ans) return;//剪枝 
	if(step==n){
		ans=min(ans,temp);//更新答案
		return;
	}
	for(int i=step+1;i<=n;i++){
		step=i;
		dfs(step,temp+map[step][i]); 
	}
}
int main(){
	cin>>n;
	for(int i=1;i<=n-1;i++)
	{
		for(int j=i+1;j<=n;j++)
		{
			scanf("%d",&map[i][j]);
		}
	}//讀入 
	dfs(1,0);
	cout<<ans<<endl;
	return 0;
}

請讀者先看看上面的代碼有什么問題,

問題出在這里:

for(int i=step+1;i<=n;i++){
		step=i;
		dfs(step,temp+map[step][i]); 
	}

如果將step賦值為i,那么回圈的時候會出現問題,

而改成這樣:

for(int i=step+1;i<=n;i++){
		dfs(i,temp+map[step][i]); 
	}

便可以保證回圈的正常進行,因為在這層for中,i可以逐個列舉接下來要到的結點,

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/qianduan/121547.html

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