广度优先搜索(BFS)思路及算法分析


1、算法用途:

是一种图像搜索演算法。用于遍历图中的节点,有些类似于树的深度优先遍历。这里唯一的问题是,与树不同,图形可能包含循环,因此我们可能会再次来到同一节点。

 

2、主要思想:

主要借助一个队列、一个布尔类型数组、邻接矩阵完成(判断一个点是否查看过,用于避免重复到达同一个点,造成死循环等),先将各点以及各点的关系存入邻接矩阵。

再从第一个点开始,将一个点存入队列,然后在邻接表中找到他的相邻点,存入队列,每次pop出队列头部并将其打印出来(文字有些抽象,实际过程很简单),整个过程有点像往水中投入石子水花散开。

 

(邻接表是表示了图中与每一个顶点相邻的边集的集合,这里的集合指的是无序集)

3、代码(java):

(以上图为例的代码)

 1 import java.util.*;  2 
 3 //This class represents a directed graph using adjacency list  4 //representation 
 5 class Graph1 {  6     private static int V; // No. of vertices
 7     private LinkedList<Integer> adj[]; // Adjacency Lists  8 
 9     // Constructor
10     Graph1(int v) { 11         V = v; 12         adj = new LinkedList[v]; 13         for (int i = 0; i < v; ++i) 14             adj[i] = new LinkedList(); 15  } 16 
17     // Function to add an edge into the graph
18     void addEdge(int v, int w) { 19  adj[v].add(w); 20  } 21 
22     // prints BFS traversal from a given source s
23     public void BFS() { 24         // Mark all the vertices as not visited(By default 25         // set as false)
26         boolean visited[] = new boolean[V]; 27         // Create a queue for BFS
28         LinkedList<Integer> queue = new LinkedList<Integer>(); 29 
30         for (int i = 0; i < V; i++) { 31             if (!visited[i]) { 32  BFSUtil(i, visited, queue); 33  } 34  } 35  } 36 
37     public void BFSUtil(int s, boolean visited[], LinkedList<Integer> queue) { 38         // Mark the current node as visited and enqueue it
39         visited[s] = true; 40  queue.add(s); 41 
42         while (queue.size() != 0) { 43             // Dequeue a vertex from queue and print it
44             s = queue.poll(); 45             System.out.print(s + " "); 46 
47             // Get all adjacent vertices of the dequeued vertex s 48             // If a adjacent has not been visited, then mark it 49             // visited and enqueue it
50             Iterator<Integer> i = adj[s].listIterator(); 51             while (i.hasNext()) { 52                 int n = i.next(); 53                 if (!visited[n]) { 54                     visited[n] = true; 55  queue.add(n); 56  } 57  } 58  } 59  } 60 
61     // Driver method to
62     public static void main(String args[]) { 63         Graph1 g = new Graph1(4); 64 
65         g.addEdge(0, 1); 66         g.addEdge(0, 2); 67         g.addEdge(1, 2); 68         g.addEdge(2, 0); 69         g.addEdge(2, 3); 70         g.addEdge(3, 3); 71 
72         System.out.println("Following is Breadth First Traversal " + "(starting from vertex 2)"); 73  g.BFS(); 74  } 75 }

 

4、复杂度分析:

算法借助了一个邻接表和队列,故它的空问复杂度为O(V)。 遍历图的过程实质上是对每个顶点查找其邻接点的过程,其耗费的时间取决于所采用结构。 邻接表表示时,查找所有顶点的邻接点所需时间为O(E),访问顶点的邻接点所花时间为O(V),此时,总的时间复杂度为O(V+E)。


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