算法——图——bsf 广度优先搜索算法 (Breadth First Search)

图遍历算法------bsf 广度优先搜索算法 (Breadth First Search) 算法

概述

广度优先搜索(BFS)是一种重要的图遍历算法,用于在横向运动中搜索图的所有顶点。它从一个给定的顶点开始,在进入下一个级别之前访问它的所有邻居。BFS的时间复杂度取决于图中顶点和边的数量。

文章中使用的动画网站地址:

限 pc: 广度优先算法http://www.donghuasuanfa.com/platform/portal?pc=bfs

算法一览表:https://blog.csdn.net/ww753951/article/details/106862328

动画算法一览表:http://www.donghuasuanfa.com/portal

算法过程

算法分为五个步骤。

步骤一:将源点放入到队列中。

步骤二:将队列的头顶点u放入到已完成列表。

步骤三:将u的所有未处理过的关联顶点放入到队列中,并标记为已处理。

步骤四:将u顶点设置为完成顶点。

步骤五:重复步骤二至四。

以下图为例,图的原点为7,则算法遍历图节点的顺序为7,13,25,16,18,39。

步骤一:初始化原点到队列

步骤演示过程如下图1-1所示。节点7为源点。算法首先将节点7移动到队列Q中。


图1-1

步骤二:将队列的头顶点放入到已完成集合

将队列的头元素u放入到已遍历完成列表。当前队列的头部顶点为7,所以将7顶点移动到已遍历集合。步骤演示过程如下图2-1所示。

图2-1

步骤三:将订单的关联顶点放入到队列中

将u的所有未处理过的关联顶点放入到队列中,并标记为已处理,节点颜色变为红色。

当前u的所有未处理的元素分别为13,25,16。所以将7的关联顶点分别放入队列。

步骤演示过程如下图3-1所示。


图3-1

步骤四:将u顶点设置为完成节点。

当前顶点为u=7。 将u=7顶点设置为已完成,并标记为绿色。步骤演示过程如下图3-1所示。

图4-1

步骤五:重复步骤二至四。

步骤二:将队列的头部顶点13放入到已遍历结合。

步骤三:将13节点的关联元素放入到到队列, 因为13的关联顶点分别为7和25,且7已处理、25已放入队列,所以13顶点的此步骤无需处理。

步骤四:将13节点设置为完成节点。

整体步骤如图5-1所示。


图5-1

剩下的节点处理和上述步骤一致,不再赘述。

时间复杂度&空间复杂度

时间复杂度

在BFS中,每个顶点和边只访问一次。因此,BFS的时间复杂度可以表示为O(V+E),其中V是图中顶点的数量,E是图中边的数量。

让我们分解一下时间复杂性分析:

1.访问所有顶点:BFS需要访问图中的所有顶点。这需要O(V)时间。

2.检查所有边:BFS还需要检查所有边,以确定是否有任何未访问的顶点连接到当前顶点。对于每个顶点,我们需要检查其所有相邻顶点。在最坏的情况下,每个顶点与其他每个顶点都有一条边,即一个完整的图。这需要O(E)时间。

因此,BFS的总体时间复杂度为O(V+E)。

空间复杂度

BFS的空间复杂度由队列数据结构决定,队列数据结构用于跟踪访问的顶点和要探索的顶点。在最坏的情况下,当访问所有顶点时,队列可以将所有顶点存储在图的一个级别上。因此,BFS的空间复杂度也是O(V)。

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