一)基本演算法 : 1.枚舉 2.搜索: 深度優先搜索 廣度優先搜索 啟發式搜索 遺傳演算法 (二)數據結構的演算法 (三)數論與代數演算法 (四)計算幾何的演算法:求凸包 (五)圖論 演算法: 1.哈夫曼編碼 2.樹的遍歷 3.最短路徑 演算法 4.最小生成樹 演算法 5.最小樹形圖 6.網路流 演算法 7.匹配演算法 (六)動態規劃 (七)其他: 1.數值分析 2.加密演算法 3.排序 演算法 4.檢索演算法 5.隨機化演算法
② 圖遍歷演算法之DFS/BFS
在計算機科學, 圖遍歷(Tree Traversal,也稱圖搜索)是一系列圖搜索的演算法, 是單次訪問樹結構類型數據(tree data structure)中每個節點以便檢查或更新的一系列機制。圖遍歷演算法可以按照節點訪問順序進行分類,根據訪問目的或使用場景的不同,演算法大致可分為28種:
圖遍歷即以特定方式訪問圖中所有節點,給定節點下有多種可能的搜索路徑。假定以順序方式進行(非並行),還未訪問的節點就需通過堆棧(LIFO)或隊列(FIFO)規則來確定訪問先後。由於樹結構是一種遞歸的數據結構,在清晰的定義下,未訪問節點可存儲在調用堆棧中。本文介紹了圖遍歷領域最流行的廣度優先搜索演算法BFS和深度優先搜索演算法DFS,對其原理、應用及實現進行了闡述。通常意義上而言,深度優先搜索(DFS)通過遞歸調用堆棧比較容易實現,廣義優先搜索通過隊列實現。
深度優先搜索(DFS)是用於遍歷或搜索圖數據結構的演算法,該演算法從根節點開始(圖搜索時可選擇任意節點作為根節點)沿著每個分支進行搜索,分支搜索結束後在進行回溯。在進入下一節點之前,樹的搜索盡可能的加深。
DFS的搜索演算法如下(以二叉樹為例):假定根節點(圖的任意節點可作為根節點)標記為 ,
(L) : 遞歸遍歷左子樹,並在節點 結束。
(R): 遞歸遍歷右子樹,並在節點 結束。
(N): 訪問節點 。
這些步驟可以以任意次序排列。如果(L)在(R)之前,則該過程稱為從左到右的遍歷;反之,則稱為從右到左的遍歷。根據訪問次序的不同,深度優先搜索可分為 pre-order、in-order、out-order以及post-order遍歷方式。
(a)檢查當前節點是否為空;
(b)展示根節點或當前節點數據;
(c)遞歸調用pre-order函數遍歷左子樹;
(d)遞歸調用pre-order函數遍歷右子樹。
pre-order遍歷屬於拓撲排序後的遍歷,父節點總是在任何子節點之前被訪問。該遍歷方式的圖示如下:
遍歷次序依次為:F -B -A-D- C-E-G- I-H.
(a)檢查當前節點是否為空;
(b)遞歸調用in-order函數遍歷左子樹;
(c)展示根節點或當前節點數據;
(d)遞歸調用in-order函數遍歷右子樹。
在二叉樹搜索中,in-order遍歷以排序順序訪問節點數據。該遍歷方式的圖示如下:
遍歷次序依次為:A -B - C - D - E - F - G -H-I
(a)檢查當前節點是否為空;
(b)遞歸調用out-order函數遍歷右子樹;
(c)展示根節點或當前節點數據;
(d)遞歸調用out-order函數遍歷左子樹。
該遍歷方式與LNR類似,但先遍歷右子樹後遍歷左子樹。仍然以圖2為例,遍歷次序依次為:H- I-G- F- B- E- D- C- A.
(a)檢查當前節點是否為空;
(b)遞歸調用post-order函數遍歷左子樹;
(c)遞歸調用post-order函數遍歷右子樹;
(d)展示根節點或當前節點數據。
post-order遍歷圖示如下:
遍歷次序依次為:A-C-E-D-B-H-I-G-F.
pre-order遍歷方式使用場景:用於創建樹或圖的副本;
in-order遍歷使用場景:二叉樹遍歷;
post-order遍歷使用場景:刪除樹
遍歷追蹤也稱樹的序列化,是所訪問根節點列表。無論是pre-order,in-order或是post-order都無法完整的描述樹特性。給定含有不同元素的樹結構,pre-order或post-order與in-order遍歷方式結合起來使用才可以描述樹的獨特性。
樹或圖形的訪問也可以按照節點所處的級別進行遍歷。在每次訪問下一層級節點之前,遍歷所在高層級的所有節點。BFS從根節點(圖的任意節點可作為根節點)出發,在移動到下一節點之前訪問所有相同深度水平的相鄰節點。
BFS的遍歷方法圖示如下:
遍歷次序依次為: F-B-G-A-D-I-C-E-H.
圖演算法相關的R包為igraph,主要包括圖的生成、圖計算等一系列演算法的實現。
使用方法:
參數說明:
示例:
結果展示:
DFS R輸出節點排序:
使用方法:
參數含義同dfs
示例:
結果展示:
BFS R輸出節點排序:
以尋找兩點之間的路徑為例,分別展示BFS及DFS的實現。圖示例如下:
示例:
輸出結果:
示例:
輸出結果:
[1] 維基網路: https://en.wikipedia.org/wiki/Tree_traversal
[2] GeeksforGeeks: https://www.geeksforgeeks.org/tree-traversals-inorder-preorder-and-postorder/
[3] http://webdocs.cs.ualberta.ca/~holte/T26/tree-traversal.html
[4]Martin Broadhurst, Graph Algorithm: http://www.martinbroadhurst.com/Graph-algorithms.html#section_1_1
[5]igraph: https://igraph.org/r/doc/dfs.html
[6]igraph: https://igraph.org/r/doc/bfs.html
[7] Depth-First Search and Breadth-First Search in python: https://eddmann.com/posts/depth-first-search-and-breadth-first-search-in-python/
③ 求用C語言實現二叉樹層次遍歷的遞歸演算法,謝謝!!!
演算法思想:層次遍歷目前最普遍用的就是隊列的那種方式,不是遞歸,但是用到while循環,既然題目要求用遞歸,可以用遞歸實現該while循環功能。演算法如下:
void TransLevele(Tree *r)
{
if (r==NULL)
{
return ;
}
printf("%c",r->ch);
if (r->left != NULL)
{
InsertQueue(r->left);
}
if (r->right != NULL)
{
InsertQueue(r->right);
}
Tree *t = DeleteQueue();
TransLevele(t);
}
//測試程序,創建樹輸入例如ABD##E##C##,根左右創建的方式。
如下代碼是測試通過的。
#include "stdlib.h"
#define MAX 100
typedef int Element;
typedef struct tree
{
Element ch;
struct tree *left;
struct tree *right;
}Tree;
typedef struct queue
{
Tree *a[MAX];
int front;
int rear;
}Queue;
Queue Qu;
void Init();
int InsertQueue(Element ch);
Tree *DeleteQueue();
void CreateTree(Tree **r);
void TransLevele(Tree *r);
void PrintTree(Tree *r);
int main()
{
Tree *r=NULL;
CreateTree(&r);
PrintTree(r);
printf("\n");
TransLevele(r);
return 0;
}
void Init()
{
int i=0;
for (i=0; i<MAX; i++)
{
Qu.a[i] = NULL;
}
Qu.front = 0;
Qu.rear = 0;
}
int InsertQueue(Tree *r)
{
if ( (Qu.rear+1)%MAX == Qu.front)
{
printf("Queue full!");
return 0;
}
Qu.a[Qu.rear] = r;
Qu.rear = (Qu.rear+1)%MAX;
return 1;
}
Tree *DeleteQueue()
{
if (Qu.front == Qu.rear)
{
printf("Queue empty");
return NULL;
}
Tree *t=NULL;
t = Qu.a[Qu.front];
Qu.front = (Qu.front+1)%MAX;
return t;
}
void CreateTree(Tree **r)
{
Element ch;
ch=getchar();
if (ch=='#')
{
(*r)=NULL;
return ;
}
*r = (Tree *)malloc(sizeof(Tree));
(*r)->ch = ch;
CreateTree(&((*r)->left));
CreateTree(&((*r)->right));
}
void PrintTree(Tree *r)
{
if (r==NULL)
{
return ;
}
printf("%c",r->ch);
PrintTree(r->left);
PrintTree(r->right);
}
void TransLevele(Tree *r)
{
if (r==NULL)
{
return ;
}
printf("%c",r->ch);
if (r->left != NULL)
{
InsertQueue(r->left);
}
if (r->right != NULL)
{
InsertQueue(r->right);
}
Tree *t = DeleteQueue();
TransLevele(t);
}