DFS算法详解

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嘿克不黑 2022-03-20 15:03:56 博主文章分类：数据结构与算法

文章标签 #include i++ 八皇后问题其他 文章分类 数据结构与算法人工智能

作为搜索算法的一种，DFS对于寻找一个解的NP（包括NPC）问题作用很大。但是，搜索算法毕竟是时间复杂度是O(n!)的阶乘级算法，它的效率非常低，在数据规模变大时，这种算法就显得力不从心了。当节点v的所有边都己被探寻过，搜索将回溯到发现节点v的那条边的起始节点。这一过程一直进行到已发现从源节点可达的所有节点为止。如果还存在未被发现的节点，则选择其中一个作为源节点并重复以上过程，整个进程反复进行直到所有节点都被访问为止。属于盲目搜索。

这些是百度上面的一些话，根据自己理解，就是说这个算法运用的时候就是找一个头结点，然后沿着这个头结点一直找下去，直到走到最后一个满足条件的分节点，然后再寻找另一条路径，当沿着一条路走不满足条件时会自动的跳入上一层节点进行判断。dfs算法通常与回溯算法一起使用，下面的例子中将会提到这些问题。每次做这种类型的题可以先画出dfs遍历的路径图，这样有利于写程序时的合理思维

这道题是POJ 上面的1088

Michael喜欢滑雪百这并不奇怪，因为滑雪的确很刺激。可是为了获得速度，滑的区域必须向下倾斜，而且当你滑到坡底，你不得不再次走上坡或者等待升降机来载你。Michael想知道载一个区域中最长底滑坡。区域由一个二维数组给出。数组的每个数字代表点的高度。下面是一个例子
1 2 3 4 5

16 17 18 19 6

15 24 25 20 7

14 23 22 21 8

13 12 11 10 9

一个人可以从某个点滑向上下左右相邻四个点之一，当且仅当高度减小。在上面的例子中，一条可滑行的滑坡为24-17-16-1。当然25-24-23-...-3-2-1更长。事实上，这是最长的一条。
Input
输入的第一行表示区域的行数R和列数C(1 <= R,C <= 100)。下面是R行，每行有C个整数，代表高度h，0<=h<=10000。
Output
输出最长区域的长度。
Sample Input
5 5
1 2 3 4 5
16 17 18 19 6
15 24 25 20 7
14 23 22 21 8
13 12 11 10 9
Sample Output
25

#include<iostream>
#include<cstdio>
using namespace std;
 
int R, C;
int map[105][105];
int mark[105][105] = { 0 };
 
 
int dfs(int i, int j)
{
    int k;
    if (mark[i][j]) return mark[i][j];
    if (i != 0 && map[i - 1][j] < map[i][j])
    {
        k = dfs(i - 1, j) + 1;
        if (k> mark[i][j]) mark[i][j] = k;
    }
    if (i != R - 1 && map[i + 1][j] < map[i][j])
    {
        k = dfs(i + 1, j) + 1;
        if (k>mark[i][j]) mark[i][j] = k;
    }
    if (j != 0 && map[i][j - 1]<map[i][j])
    {
        k = dfs(i, j - 1) + 1;
        if (k>mark[i][j]) mark[i][j] = k;
    }
    if (j != C - 1 && map[i][j + 1]<map[i][j])
    {
        k = dfs(i, j + 1) + 1;
        if (k>mark[i][j]) mark[i][j] = k;
    }
    return mark[i][j];
 
}
 
int main()
{
    int i, j, k, sum = 0;
    scanf("%d%d", &R, &C);
    for (i = 0; i < R; i++)
    {
        for (j = 0; j < C; j++)
        {
        scanf("%d", &map[i][j]);
        }
    }
    for (i = 0; i < R; i++)
    {
        for (j = 0; j < C; j++)
        {
            k = dfs(i, j);
            if (k>sum) sum = k;
        }
    }
    cout << sum + 1 << endl;
    return 0;
}

这个题就是把每个数从四个方向都遍历一次，如果满足递减的话就接着dfs，不满足时候把这个数存起来
这个题有几个注意的问题，就是第一个要考虑好边缘临界点，就是四周的点不可以进行某些方向的移动，其次还有一点特别要注意，dfs中的if (mark[i][j]) return mark[i][j];这句话就是为了重复计算，假如从24开始的话已经算出来23，然后如果从25开始，遇到24的话直接可以找到23，而不用在遍历一次，节省了时间。

再看下一个题，经典的八皇后问题，这个题用到了回溯加dfs，因为最后让输出八皇后排列的所有可能的情况

八皇后问题是一个以国际象棋为背景的问题：如何能够在 8×8 的国际象棋棋盘上放置八个皇后，使得任何一个皇后都无法直接吃掉其他的皇后？为了达到此目的，任两个皇后都不能处于同一条横行、纵行或斜线上。八皇后问题可以推广为更一般的n皇后摆放问题：这时棋盘的大小变为n×n，而皇后个数也变成n。当且仅当 n = 1 或 n ≥ 4 时问题有解。

Input
无输入。

Output
按给定顺序和格式输出所有八皇后问题的解（见Sample Output）。

Sample Input

Sample Output

No. 1
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1
0 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 1 0 0 0 0
0 0 0 0 0 1 0 0
0 0 1 0 0 0 0 0
No. 2
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 1 0 0 0 0
0 0 0 0 0 1 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1
0 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 0 0 0
0 0 1 0 0 0 0 0
No. 3
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 1 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 1 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 1 0 0 0 0
0 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 0 0 0
No. 4
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 0 0 1 0 0
0 0 1 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 0
0 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 1 0 0 0 0
No. 5
0 0 0 0 0 1 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 0 0 0
0 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 1 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 1 0 0 0 0
No. 6
0 0 0 1 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1
0 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 1 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 1 0 0
No. 7
0 0 0 0 1 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 1 0 0 0 0
0 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 1 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 1 0 0
No. 8
0 0 1 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1
0 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 1 0 0 0 0
0 0 0 0 0 1 0 0
No. 9
0 0 0 0 1 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 1 0 0 0 0
0 0 0 0 0 1 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1
0 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 1 0 0 0 0 0
...以下省略

这个就是定义hang 【num】和列i，然后每一行从第一个位置开始放皇后，如果可以的话就标记为1，然后接着往下找第二行，也是从第二行第一个位置开始找，满足接着第三行。当如果发现第三行不能再放置皇后了，这个时候第三行那个位置已经标记为1 ，所以这个时候就回溯到第二行也就是上一层从新判断同时把标记为1 的变量还原为0，直到满足条件输出。题中有一个陷阱，深搜的时候是按列输出的，不是行输出。代码如下：

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<cstdlib>
using namespace std;
int hang[11], n=8;
int a[10][10] = { 0 };
int t = 1;
void print()
{
	printf("No. %d\n", t++);
	for (int i = 1; i <= 8; i++)
	{
		for (int j = 1; j <= 8; j++)
		{
			printf("%d ", a[j][i]);
		}
		printf("\n");
	}
}
bool judge(int num)
{
	for (int i = 1; i < num; i++)
		if (hang[num] == hang[i] || abs(hang[i] - hang[num]) == num - i)
			//判断列和对角线
			return 0;
	return 1;
}
 
void dfs(int num)
{
	if (num >= 9){
		print();
	}
	for (int i = 1; i <= 8; i++)
	{
		hang[num] = i;
		if (a[num][i]!=1&&judge(num))
		{
			a[num][i] = 1;
			dfs(num + 1);
			a[num][i] = 0;
		}
		
	}
	
}
 
int main()
{
	//freopen("1.txt", "w", stdout);
		dfs(1);
	return 0;
}

最后在来一个dfs解决迷宫问题，就是1代表障碍，0代表通过，然后问从头到尾一共有几条路径可以走到终点，这个问题同样是dfs加回溯，就是遍历每一个走过点的上下左右四个方向，直到最后走到终点再重新回溯就是return 1，把走过的还原为0,（因为走过的路都标记为1），最后return sum把顺带可以return的结果输出。

/*
  输入两个数n，m，代表迷宫的行和列
  接下来输入n行m列由0,1组成的迷宫，其中1代表障碍
  求从左上角到右下角的路线个数
*/
#include<stdio.h>
#define N 1000//最大行列数
int mg[N][N];//存放迷宫图
int re[N][N];//记录之前是否走过
int n, m;//行，列
int dfs(int x, int y){//现在在(x,y)点
	if(x < 0 || x > n - 1 || y < 0 || y > m - 1 || re[x][y] == 1 || mg[x][y] == 1) return 0;//走出界外或之前走过或遇到障碍
	if(x == n - 1 && y == m - 1) return 1;//走到终点
	re[x][y] = 1;//该点标记为走过
	int sum = 0;
	sum += dfs(x - 1, y);//向左走
	sum += dfs(x + 1, y);//向右走
	sum += dfs(x, y - 1);//向上走
	sum += dfs(x, y + 1);//向下走
	re[x][y] = 0;//该点还原为没有走过
	return sum;
}
int main(){
	int i, j;
	while(~scanf("%d%d", &n, &m)){//输入行列
		for(i = 0; i < n; i ++)
		{
			for(j = 0; j < m; j ++) scanf("%d", &mg[i][j]);//读入迷宫图
		}
		printf("%d\n", dfs(0, 0));//输出结果
	}
	return 0;
}

最后再说几句，这个dfs就是不撞南墙不回头那种，只要找不到就会一直找一下，另外觉得学习一下回溯算法会更好的运用dfs.（最近也是刚刚学习dfs，有不对的地方欢迎大家指出不足）