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  • 广度优先搜索

     广度优先搜索

       下面我们来来BFS算法策略:

     

      比如:我们要从双子峰---->金门大桥,最短路径如何?

      我们利用广度优先搜索来一步步求解,注意广度优先搜索在于的关键在于“广”,也就是说以双子峰为起点,我们要尽可能的多比较与之相邻的周边路径,从其中选取一条最优路径。

      第一步:

      

        我们沿着两个箭头方向路径探索到a点和b点后,发现并没有到达想要去的地方,于是我继续往下探索。

      

      同样,我们发现还没有到达目的地,继续往下探索。

      

      到达这一步后,我们发现其中有一条路径已经到达金门大桥,而其他两条路径仅仅到达c点。因此,我们寻找到的最短路径为:双子峰->a->c->金门大桥。

      所以,由上我们可以知道,广度优先搜索其实就是用来探索最短路径的一种方式。

      根据上面实例,我们想要寻找一条到某地的最短路径,需要一下两个步骤:

        (1)使用图来建立问题模型。

        (2)使用广度优先搜索解决问题。

       利用广度优先搜索,我们可以回答两个问题:

        1.从节点A出发,有前往B节点的路径吗?

        2.从节点A出发,前往B节点哪条路径最短?

       首先,我们来看看如何构建一张图。

       这里我们要使用一种能够表示映射关系的数据结构---散列表。至于什么是散列表,这里就不再赘述。

      例如:

        

        graph = {}

        grapu['you'] = ['alice','bob','mar','rain','cat']

        这里的“you”被映射到一个数组。在'you'的这个数组里面,包含所有与你相邻的元素。

          有了以上方式,我们就可以构建一张更大图。

     算法实现策略:

        

        首先,创建一个双端队列,将需要查找的压入队列中。

       from collections import deque

       def person_is_seller(name):

          return name[-1] == 'm'  #如果这个名字是以M结尾,则是

       graph = {}

       grapu['you'] = ['alice','bob','mar','rain','cat']

       search_queue = deque()  #创建一个队列

         search_queue += graph['you'] #将you压入队列

       while search_queue:  #只要队列不为空

          person = search_queue.popleft()  #取出左边第一个人

          if person_is_seller(person):  #检查这个人是否为芒果商

            print person += ' is a mango seller! '

            return True

          else:

            search_queue += graph[person]  #将这个人的朋友加入队列

          return False  #没有芒果商  

       但是,上面算法有一个明显的问题,如果你的朋友alice和bob都有这一个好友,那么在查找的过程中就会陷入循环状态。要解决这个问题,我们可以设置一个列表,来标记那些已经被查找过的人。因此,最终代码如下:

          def search(name):

            search_queue = deque()  #创建一个队列

              search_queue += graph[name] #将需要查找的压入队列

                     searcher = []  # 用于记录已经查找过的

            while search_queue:  #只要队列不为空

                person = search_queue.popleft()  #取出左边第一个人

                if not person in searched:   #当这个人不在searched中才继续往下查找

                  if person_is_seller(person):  #检查这个人是否为芒果商

                    print person += ' is a mango seller! '

                    return True

                  else:

                    search_queue += graph[person]  #将这个人的朋友加入队列

                    searched.append(person)

            return False  #没有芒果商 

      性能分析:

        首先沿着每条边进行查找,如果边数为n,查找效率为O(V)

        再次,我们在每次查找过程中需要对已经搜索的列表进行二次判断,判断所需时间为P(n) 

        因此,广度优先搜索总的查找效率为O(V+n)

      

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