数据结构之广度优先算法的Python简单实现

问题描述,假设你经营着一家农场,需要寻找芒果销售商,以便将芒果卖给他。为此,我们的原则是先在一级朋友中查找,然后在二级朋友(朋友的朋友)、三级朋友(朋友的朋友的朋友)中查找。使用这种算法将搜遍你的人际关系网,直到找到芒果销售商,这就是广度优先搜索算法。
数据结构之广度优先算法的Python简单实现_第1张图片

实现代码

from collections import deque

graph = {}
graph["you"] = ["alice","bob","claire"]
graph["bob"] = ["anuj","peggy"]
graph["alice"] = ["peggy"]
graph["claire"] = ["thom","jonny"]
graph["anuj"] = []
graph["peggy"] = []
graph["thom"] = []
graph["jonny"] = []


# 假设我们这样判断,如果这个人的姓名是以m结尾,那么它就是芒果销售商
def person_is_seller(name):
    return name[-1] == "m"

def main():
    # 创建一个队列
    search_queue = deque()
    # 将你的邻居加入到这个搜索队列当中
    search_queue += graph["you"]
    # 只要队列不为空,就取出其中的第一个人
    while search_queue:
        person = search_queue.popleft()
        if person_is_seller(person):
            print(person + " is a mango seller!")
            return True
        else:
            search_queue += graph[person]
    return False

if __name__ == '__main__':
    main()

这时出现了一种情况,Peggy既是Alice的朋友,又是Bob的朋友,因此她被加入队列两次。我们做了无用功。
此外,更严重的情况是,可能会导致无限循环。
解决方法就是使用一个列表来记录检查过的人,检查一个人之前,要确认他没有被检查过。考虑到这一点之后,更新代码如下

from collections import deque

graph = {}
graph["you"] = ["alice","bob","claire"]
graph["bob"] = ["anuj","peggy"]
graph["alice"] = ["peggy"]
graph["claire"] = ["thom","jonny"]
graph["anuj"] = []
graph["peggy"] = []
graph["thom"] = []
graph["jonny"] = []


# 假设我们这样判断,如果这个人的姓名是以m结尾,那么它就是芒果销售商
def person_is_seller(name):
    return name[-1] == "m"

def main():
    # 创建一个队列
    search_queue = deque()
    # 将你的邻居加入到这个搜索队列当中
    search_queue += graph["you"]

    # 这个数据用于记录检查过的人
    searched = []

    # 只要队列不为空,就取出其中的第一个人
    while search_queue:
        person = search_queue.popleft()
        # 仅当这个人没检查过的时候才检查
        if not person in searched:
            if person_is_seller(person):
                print(person + " is a mango seller!")
                return True
            else:
                search_queue += graph[person]
                # 将这个人标记为检查过
                searched.append(person)
    return False

if __name__ == '__main__':
    main()

如果你在你的整个人际关系网中搜索芒果销售商,就意味着你将沿每条边前行(边是一个人到另一个人的箭头或者是连接),因此运行时间至少是O(边数)。
你还使用了一个队列,其中包含要检查的每个人。将每一个人添加到队列需要的时间是固定的,即为O(1),因此对每个人都这样做需要的总时间是O(人数)。
因此,广度优先搜索的运行时间是O(人数+边数),这通常写作O(V+E),其中V为顶点数,E为边数。

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