Algorytm wyszukiwania grafów (Graph Search) w C++- wyjaśnienie, przykład i kod

Algorytm przeszukiwania grafów jest podstawową techniką w dziedzinie przetwarzania grafów i wyszukiwania informacji. Algorytm ten umożliwia nam znajdowanie ścieżek lub składowych w grafie w oparciu o określone reguły lub algorytmy wyszukiwania.

Jak to działa

1. Rozpocznij od określonego wierzchołka(węzła) na grafie.
2. Przeprowadź proces wyszukiwania w oparciu o określone reguły, takie jak przeszukiwanie w głąb(DFS) lub przeszukiwanie wszerz(BFS).
3. Przemierzaj wierzchołki i krawędzie wykresu, aby znaleźć cel lub obiekty do znalezienia.
4. Zapisz ścieżkę lub wyniki wyszukiwania.

Przykład

Rozważ następujący wykres:

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

Chcemy znaleźć ścieżkę od wierzchołka A do wierzchołka E na tym grafie za pomocą algorytmu przeszukiwania w głąb(DFS).

1. Zacznij od wierzchołka A.
2. Przejdź do wierzchołka B.
3. Kontynuuj do wierzchołka C.
4. W C nie ma sąsiadów, cofnij się do wierzchołka B.
5. Przejdź do wierzchołka D.
6. Kontynuuj do wierzchołka A(ponieważ D jest połączone z A).
7. Przejdź do wierzchołka B.
8. Przejdź do wierzchołka C.
9. Przejdź do wierzchołka E.

Ścieżka z A do E to A -> B -> C -> E.

Przykładowy kod w 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;  
}  

W tym przykładzie używamy algorytmu DFS, aby znaleźć ścieżkę od wierzchołka A do wierzchołka E na grafie. Wynikiem będzie sekwencja wierzchołków tworzących ścieżkę od A do E.