概述
- DFS:深度优先遍历,从一条路径走到叶节点,然后回溯,继续遍历(不撞南墙不回头)
- BFS:广度优先遍历,从根节点,一层一层的遍历,每一层把所有的节点都遍历完成。
递归思想
- 递归在于不断调用自己的函数,层层深入,直到遇到递归终止条件后层层回溯,其思想与dfs的思想不谋而合;因此,可以使用递归来实现dfs。
- 递归的进入比较容易理解,但是递归的回溯是在计算机底层执行的,我们无法看到。因此这是理解递归的唯一一个难点。
让我们来看一下这样一个简单的递归程序
DFS解决全排列问题
- 对于全排列问题,n = 3 为例,进行DFS搜索:
步骤1:
假设有 3 个空位,从前往后填数字,每次填一个位置,填的数字不能和前面一样。
最开始的时候,三个空位都是空的:__ __ __
首先填写第一个空位,第一个空位可以填 1,填写后为:1 __ __
填好第一个空位,填第二个空位,第二个空位可以填 2,填写后为:1 2 __
填好第二个空位,填第三个空位,第三个空位可以填 3,填写后为: 1 2 3
这时候,空位填完,无法继续填数,所以这是一种方案,输出。
步骤2:
然后往后退一步,退到了状态:1 2 __ 。剩余第三个空位没有填数。第三个空位上除了填过的 3 ,没有其他数字可以填。
因此再往后退一步,退到了状态:1 __ __。第二个空位上除了填过的 2,还可以填 3。第二个空位上填写 3,填写后为:1 3 __
填好第二个空位,填第三个空位,第三个空位可以填 2,填写后为: 1 3 2
这时候,空位填完,无法继续填数,所以这是一种方案,输出。
步骤3:
然后往后退一步,退到了状态:1 3 __ 。剩余第三个空位没有填数。第三个空位上除了填过的 2,没有其他数字可以填。
因此再往后退一步,退到了状态:1 __ __。第二个空位上除了填过的 2,3,没有其他数字可以填。
因此再往后退一步,退到了状态:__ __ __。第一个空位上除了填过的 1,还可以填 2。第一个空位上填写 2,填写后为:2 __ __
填好第一个空位,填第二个空位,第二个空位可以填 1,填写后为:2 1 __
填好第二个空位,填第三个空位,第三个空位可以填 3,填写后为:2 1 3
这时候,空位填完,无法继续填数,所以这是一种方案,输出。
步骤4:
然后往后退一步,退到了状态:2 1 __ 。剩余第三个空位没有填数。第三个空位上除了填过的 3,没有其他数字可以填。
因此再往后退一步,退到了状态:2 __ __。第二个空位上除了填过的 1,还可以填 3。第二个空位上填写 3,填写后为:2 3 __
填好第二个空位,填第三个空位,第三个空位可以填 1,填写后为:2 3 1
这时候,空位填完,无法继续填数,所以这是一种方案,输出。
步骤5:
然后往后退一步,退到了状态:2 3 __ 。剩余第三个空位没有填数。第三个空位上除了填过的 1,没有其他数字可以填。
因此再往后退一步,退到了状态:2 __ __。第二个空位上除了填过的 1,3,没有其他数字可以填。
因此再往后退一步,退到了状态:__ __ __。第一个空位上除了填过的 1,2,还可以填 3。第一个空位上填写 3,填写后为:3 __ __
填好第一个空位,填第二个空位,第二个空位可以填 1,填写后为:3 1 __
填好第二个空位,填第三个空位,第三个空位可以填 2,填写后为:3 1 2
这时候,空位填完,无法继续填数,所以这是一种方案,输出。
步骤6:
然后往后退一步,退到了状态:3 1 __ 。剩余第三个空位没有填数。第三个空位上除了填过的 2,没有其他数字可以填。
因此再往后退一步,退到了状态:3 __ __。第二个空位上除了填过的 1,还可以填 2。第二个空位上填写 2,填写后为:3 2 __
填好第二个空位,填第三个空位,第三个空位可以填 1,填写后为:3 2 1
这时候,空位填完,无法继续填数,所以这是一种方案,输出。
步骤7:
然后往后退一步,退到了状态:3 2 __ 。剩余第三个空位没有填数。第三个空位上除了填过的 1,2,没有其他数字可以填。
因此再往后退一步,退到了状态:3 __ __。第二个空位上除了填过的 1,2,没有其他数字可以填。
因此再往后退一步,退到了状态:__ __ __。第一个空位上除了填过的 1,2,3,没有其他数字可以填。
此时深度优先搜索结束,输出了所有的方案。
算法
- 用
path[]
数组保存排列,当排列的长度为 n 时,是一种方案,输出。 - 用
state[]
数组表示数字是否用过。当state[i]
为 1 时:i
已经被用过,state[i]
为0
时,i
没有被用过。 dfs(i)
表示的含义是:在path[i]
处填写数字,然后递归的在下一个位置填写数字。- 回溯:第
i
个位置填写某个数字的所有情况都遍历后, 第i
个位置填写下一个数字。(对于for循环的回溯)
题目
代码
#include <iostream>
using namespace std;
const int N = 10;
int n;
int path[N]; //保存序列
bool state[N]; //表示状态位,没被占用为false,否则为true
void dfs(int u )
{
if (u == n) //遍历到叶节点,就打印
{
for (int i = 0; i < n; i ++)
{
cout << path[i] << " ";
}
cout << endl;
}
for (int i = 1; i <= n; i ++) //从1开始
{
if (!state[i]) //如果数字 i 没有被用过
{
path[u] = i; //放入空位
state[i] = 1; //数字被用,修改状态
dfs(u + 1); //填下一个位
state[i] = 0; //回溯,取出 i(这里是回溯到for循环)
}
}
}
int main()
{
cin >> n;
dfs(0); //从0开始,意味着第一个数字的下标为0,也可以从1开始,看个人习惯
return 0;
}