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(Graph Search) C++ の グラフ検索アルゴリズム- 説明、例、コード

グラフ検索アルゴリズムは、グラフ処理および情報検索の分野における基本的な技術です。 このアルゴリズムを使用すると、特定のルールまたは検索アルゴリズムに基づいてグラフ内のパスまたはコンポーネントを見つけることができます。

使い方

  1. グラフ内の特定の頂点(ノード) から開始します。
  2. 深さ優先検索(DFS) や幅優先検索(BFS) などの特定のルールに基づいて検索プロセスを実行します。
  3. グラフの頂点とエッジをトラバースして、ターゲットまたはオブジェクトを検索します。
  4. パスまたは検索結果を記録します。

例

次のグラフを考えてみましょう。 

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

深さ優先検索(DFS) アルゴリズムを使用して、このグラフの頂点 A から頂点 E までのパスを見つけたいとします。

  1. 頂点 A から開始します。
  2. 頂点Bに移動します。
  3. 頂点 C に進みます。
  4. C には隣接するものはありません。頂点 B に戻ります。
  5. 頂点Dに移動します。
  6. 頂点 A に進みます(D が A に接続されているため)。
  7. 頂点Bに移動します。
  8. 頂点 C に移動します。
  9. 頂点 E に移動します。

A から E へのパスは、A -> B -> C -> E です。

C++ のコード例 

#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;  
}

この例では、DFS アルゴリズムを使用して、グラフ内の頂点 A から頂点 E までのパスを見つけます。 結果は、A から E までのパスを形成する一連の頂点になります。