Przeszukiwanie w głąb

Przeszukiwanie w głąb (ang. Depth-first search, w skrócie DFS) – algorytm przeszukiwania grafu. Przeszukiwanie w głąb polega na badaniu wszystkich krawędzi wychodzących z podanego wierzchołka. Po zbadaniu wszystkich krawędzi wychodzących z danego wierzchołka algorytm powraca do wierzchołka, z którego dany wierzchołek został odwiedzony[1].

Przeszukiwanie w głąb
Ilustracja
Kolejność odwiedzania węzłów
Rodzaj

Przeszukiwanie grafu

Struktura danych

graf, drzewo

Złożoność
Czasowa

Pamięciowa

h-długość najdłuższej prostej ścieżki

Przykład

edytuj
 
Graf wykorzystany w przykładzie

Gdybyśmy podany na obrazku graf chcieli przejść wykorzystując algorytm przeszukiwania w głąb, zaczynając od wierzchołka A, to węzły zostałyby odwiedzone w następującej kolejności (w nawiasach podano wierzchołki do których algorytm powraca): A, B, D, (B), F, E, (F), (B), (A), C, G, (C), (A).

Algorytm

edytuj
   function VisitNode(u):
       oznacz u jako odwiedzony
       dla każdego wierzchołka v na liście sąsiedztwa u:
           jeżeli v nieodwiedzony:
               VisitNode(v)
   function DepthFirstSearch(Graf G):
       dla każdego wierzchołka u z grafu G:
           oznacz u jako nieodwiedzony
       dla każdego wierzchołka u z grafu G:
           jeżeli u nieodwiedzony:
               VisitNode(u) 

Właściwości

edytuj

Złożoność pamięciowa

edytuj

Złożoność pamięciowa przeszukiwania w głąb w przypadku drzewa jest o wiele mniejsza niż przeszukiwania wszerz, gdyż algorytm w każdym momencie wymaga zapamiętania tylko ścieżki od korzenia do bieżącego węzła, podczas gdy przeszukiwanie wszerz wymaga zapamiętywania wszystkich węzłów w danej odległości od korzenia, co zwykle rośnie wykładniczo w funkcji długości ścieżki.

Złożoność czasowa

edytuj

Złożoność czasowa algorytmu jest uzależniona od liczby wierzchołków oraz liczby krawędzi. Algorytm musi odwiedzić wszystkie wierzchołki oraz wszystkie krawędzie, co oznacza, że złożoność wynosi O(|V|+|E|)[1].

Zupełność (kompletność)

edytuj

Algorytm jest zupełny (czyli znajduje rozwiązanie lub informuje, że ono nie istnieje) dla drzew skończonych. Grafy skończone wymagają oznaczania już odwiedzonych wierzchołków. Dla grafów nieskończonych nie jest zupełny.

Zastosowania algorytmu

edytuj

Algorytm stosowany jest[1]:

Ponadto algorytm ten jest często spotykany w rozwiązaniach typu brute force problemów z innych dziedzin. Bazuje na nim zdecydowana większość algorytmów służących do przeglądania drzewa gry, np. min-max, czy też alpha-beta[potrzebny przypis].

Implementacja

edytuj

Przypisy

edytuj
  1. a b c Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest, Clifford Stein: Wprowadzenie do algorytmów.. Wyd. 8. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2007, s. 549-558. ISBN 978-83-204-3328-9.

Zobacz też

edytuj