Algoritmus hledání grafu (Graph Search) v C++- vysvětlení, příklad a kód

Algoritmus Graph Search je základní technikou v oblasti zpracování grafů a získávání informací. Tento algoritmus nám umožňuje najít cesty nebo komponenty v grafu na základě specifických pravidel nebo vyhledávacích algoritmů.

Jak to funguje

1. Začněte od určitého vrcholu(uzlu) v grafu.
2. Proveďte proces vyhledávání na základě specifických pravidel, jako je hloubkové vyhledávání(DFS) nebo vyhledávání na prvním místě(BFS).
3. Procházejte vrcholy a hrany grafu a vyhledejte cíl nebo objekty, které chcete najít.
4. Zaznamenejte cestu nebo výsledky hledání.

Příklad

Zvažte následující graf:

A -- B -- C -- E  
|      |  
D --------  

Chceme v tomto grafu najít cestu z vrcholu A do vrcholu E pomocí algoritmu Depth-First Search(DFS).

1. Začněte ve vrcholu A.
2. Přesuňte se do vrcholu B.
3. Pokračujte do vrcholu C.
4. V C nejsou žádní sousedé, zpět k vrcholu B.
5. Přesuňte se do vrcholu D.
6. Pokračujte do vrcholu A(protože D je spojen s A).
7. Přesuňte se do vrcholu B.
8. Přesuňte se do vrcholu C.
9. Přesuňte se na vrchol E.

Cesta z A do E je A -> B -> C -> E.

Příklad kódu v C++

#include <iostream>  
#include <vector>  
#include <stack>  
#include <unordered_map>  
  
class Graph {  
public:  
    void addEdge(char from, char to);  
    std::vector<char> depthFirstSearch(char start, char end);  
  
private:  
    std::unordered_map<char, std::vector<char>> adjList;  
};  
  
void Graph::addEdge(char from, char to) {  
    adjList[from].push_back(to);  
    adjList[to].push_back(from);  
}  
  
std::vector<char> Graph::depthFirstSearch(char start, char end) {  
    std::vector<char> path;  
    std::unordered_map<char, char> parent;  
    std::stack<char> stack;  
  
    stack.push(start);  
    parent[start] = '\0';  
  
    while(!stack.empty()) {  
        char current = stack.top();  
        stack.pop();  
  
        if(current == end) {  
            // Build the path from end to start using the parent map  
            char node = end;  
            while(node != '\0') {  
                path.insert(path.begin(), node);  
                node = parent[node];  
            }  
            break;  
        }  
  
        for(char neighbor: adjList[current]) {  
            if(parent.find(neighbor) == parent.end()) {  
                parent[neighbor] = current;  
                stack.push(neighbor);  
            }  
        }  
    }  
  
    return path;  
}  
  
int main() {  
    Graph graph;  
    graph.addEdge('A', 'B');  
    graph.addEdge('A', 'D');  
    graph.addEdge('B', 'C');  
    graph.addEdge('C', 'E');  
    graph.addEdge('D', 'B');  
  
    char start = 'A';  
    char end = 'E';  
  
    std::vector<char> path = graph.depthFirstSearch(start, end);  
  
    std::cout << "Path from " << start << " to " << end << ": ";  
    for(char node: path) {  
        std::cout << node << ";  
    }  
    std::cout << std::endl;  
  
    return 0;  
}  

V tomto příkladu používáme algoritmus DFS k nalezení cesty z vrcholu A do vrcholu E v grafu. Výsledkem bude posloupnost vrcholů tvořících cestu z A do E.