《搜索與回溯》課件

《搜索與回溯》ppt課件目錄CATALOGUE搜索與回溯概述深度優(yōu)先搜索（DFS）廣度優(yōu)先搜索（BFS）回溯算法搜索與回溯算法的應(yīng)用實例搜索與回溯概述CATALOGUE01搜索是一種通過給定條件在數(shù)據(jù)集中尋找目標的過程。它通常包括對數(shù)據(jù)集的遍歷和比較，以找到滿足特定條件的元素或解決方案。搜索回溯是一種特殊的搜索算法，它通過探索問題的解空間來尋找問題的解。在回溯過程中，一旦發(fā)現(xiàn)當(dāng)前解不滿足條件或無法達到目標，算法會撤銷已經(jīng)進行的操作并嘗試其他可能的解。回溯定義與概念深度優(yōu)先搜索（DFS）：按照深度優(yōu)先的順序遍歷解空間樹，盡可能深地搜索樹的分支。當(dāng)節(jié)點v的所在邊都己被探尋過，搜索將回溯到發(fā)現(xiàn)節(jié)點v的那條邊的起始節(jié)點。這一過程一直進行到已發(fā)現(xiàn)從源節(jié)點可達的所有節(jié)點為止。如果還存在未被發(fā)現(xiàn)的節(jié)點，則選擇其中一個作為源節(jié)點并重復(fù)以上過程，整個進程反復(fù)進行直到所有節(jié)點都被訪問為止。廣度優(yōu)先搜索（BFS）：按照廣度優(yōu)先的順序遍歷解空間樹，從根節(jié)點開始，探索最接近根節(jié)點的解。在BFS中，首先訪問根節(jié)點，然后訪問所有相鄰的節(jié)點，然后是它們的鄰居節(jié)點，以此類推。BFS通常使用隊列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。啟發(fā)式搜索：啟發(fā)式搜索是一種基于啟發(fā)式函數(shù)的搜索方法。在啟發(fā)式搜索中，通過使用啟發(fā)式函數(shù)來評估解的質(zhì)量，從而指導(dǎo)搜索過程。常見的啟發(fā)式搜索算法包括A*搜索和Dijkstra算法。搜索與回溯的分類組合優(yōu)化問題決策問題知識推理游戲AI搜索與回溯的應(yīng)用場景01020304如旅行商問題（TSP）、排班問題等。如八皇后問題、圖的著色問題等。如專家系統(tǒng)、自然語言處理等。如圍棋、象棋等棋類游戲和決策制定游戲等。深度優(yōu)先搜索（DFS）CATALOGUE02深度優(yōu)先搜索是一種用于遍歷或搜索樹或圖的算法。該算法會盡可能深地搜索樹的分支。當(dāng)節(jié)點v的所在邊都己被探尋過，搜索將回溯到發(fā)現(xiàn)節(jié)點v的那條邊的起始節(jié)點。這個過程一直進行到已發(fā)現(xiàn)從源節(jié)點可達的所有節(jié)點為止。如果還存在未被發(fā)現(xiàn)的節(jié)點，則選擇其中一個作為源節(jié)點并重復(fù)以上過程，整個進程反復(fù)進行直到所有節(jié)點都被訪問為止。DFS的基本概念通過遞歸函數(shù)調(diào)用，每次深入一層，直到目標節(jié)點或無路可走時回溯到上一層繼續(xù)搜索。遞歸實現(xiàn)使用一個棧來保存當(dāng)前正在遍歷的節(jié)點，當(dāng)遍歷到目標節(jié)點或無路可走時，從棧中彈出下一個節(jié)點繼續(xù)遍歷。棧實現(xiàn)DFS的實現(xiàn)方式在此添加您的文本17字在此添加您的文本16字在此添加您的文本16字在此添加您的文本16字在此添加您的文本16字在此添加您的文本16字優(yōu)點算法實現(xiàn)簡單，易于理解。對于某些問題，如迷宮求解等，深度優(yōu)先搜索可以快速找到解。缺點對于大規(guī)模問題，深度優(yōu)先搜索可能會造成大量的重復(fù)計算和無效搜索，導(dǎo)致效率低下。深度優(yōu)先搜索可能會陷入局部最優(yōu)解，而忽略全局最優(yōu)解。DFS的優(yōu)缺點分析廣度優(yōu)先搜索（BFS）CATALOGUE03BFS是一種按照離起始節(jié)點距離由近及遠進行搜索的算法，通過隊列來管理待搜索節(jié)點。BFS通常用于遍歷或搜索樹或圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，尤其在解決一些與距離和層次相關(guān)的問題時效果較好。BFS的核心思想是先將起始節(jié)點入隊，然后依次取出隊首節(jié)點，再將其未被訪問過的相鄰節(jié)點加入隊尾，如此循環(huán)，直到所有節(jié)點被訪問或搜索目標被找到。BFS的基本概念010204BFS的實現(xiàn)方式創(chuàng)建一個隊列，將起始節(jié)點入隊。取出隊首節(jié)點，檢查該節(jié)點是否為目標節(jié)點或需要處理的節(jié)點。將該節(jié)點的所有未被訪問過的相鄰節(jié)點加入隊列。重復(fù)步驟2和3，直到隊列為空或找到目標。03優(yōu)點BFS能夠按照離起始節(jié)點的距離由近及遠進行搜索，因此在解決與距離和層次相關(guān)的問題時效果較好。同時，BFS算法實現(xiàn)簡單，易于理解和實現(xiàn)。缺點BFS算法在搜索過程中可能會搜索到一些不相關(guān)的節(jié)點，導(dǎo)致搜索效率低下。此外，BFS不適用于一些需要深度優(yōu)先搜索的問題，如迷宮求解等。BFS的優(yōu)缺點分析回溯算法CATALOGUE04回溯算法是一種通過探索所有可能的解來解決問題的算法，它通過遞歸的方式嘗試所有可能的解，并在遇到無法解決的問題時進行回溯?；厮菟惴ㄍǔＳ糜诮鉀Q決策問題，如八皇后問題、圖的著色問題等?；厮菟惴ǖ幕舅枷胧歉F舉所有可能的解，并利用剪枝函數(shù)來排除不可能的解，從而減少搜索空間。回溯算法的基本概念

回溯算法的實現(xiàn)方式遞歸回溯算法通常使用遞歸實現(xiàn)，通過遞歸調(diào)用自身來探索所有可能的解。剪枝函數(shù)在搜索過程中，可以使用剪枝函數(shù)來排除不可能的解，從而減少搜索空間。深度優(yōu)先搜索回溯算法通常采用深度優(yōu)先搜索策略，先探索一條路徑，直到無法再深入，然后回溯到上一個節(jié)點，繼續(xù)探索其他路徑。回溯算法的優(yōu)缺點分析優(yōu)點回溯算法可以窮舉所有可能的解，從而找到問題的所有解。對于某些問題，回溯算法是唯一可行的解決方案。缺點回溯算法的時間復(fù)雜度通常較高，對于大規(guī)模問題，可能需要很長時間才能找到解。此外，回溯算法可能會產(chǎn)生大量的無效解，需要使用剪枝函數(shù)進行排除。搜索與回溯算法的應(yīng)用實例CATALOGUE05深度優(yōu)先搜索在迷宮求解中的運用深度優(yōu)先搜索（DFS）是一種用于遍歷或搜索樹或圖的算法。在迷宮求解中，DFS被用于從迷宮的入口開始，盡可能深地搜索迷宮的路徑，直到找到目標或達到終點。DFS在迷宮求解中的應(yīng)用具體步驟：1.從入口開始，標記當(dāng)前位置為已訪問。2.遞歸地搜索當(dāng)前位置的所有可能移動，如果移動有效（即未訪問過），則繼續(xù)深入搜索。3.如果遇到死胡同或達到終點，則回溯到上一個位置，繼續(xù)搜索其他可能的移動。01020304DFS在迷宮求解中的應(yīng)用廣度優(yōu)先搜索在最小生成樹構(gòu)建中的運用廣度優(yōu)先搜索（BFS）是一種遍歷或搜索樹或圖的算法，它從根節(jié)點開始并探索所有相鄰節(jié)點，然后進行下一層的相鄰節(jié)點，以此類推。在最小生成樹構(gòu)建中，BFS用于尋找連接所有節(jié)點的最短路徑。BFS在最小生成樹中的應(yīng)用具體步驟：1.將所有節(jié)點加入到BFS隊列中。2.從隊列中取出一個節(jié)點，并檢查其所有相鄰節(jié)點。BFS在最小生成樹中的應(yīng)用0102BFS在最小生成樹中的應(yīng)用4.重復(fù)步驟2和3，直到隊列為空。3.對于每個相鄰節(jié)點，如果它不在當(dāng)前生成樹中，則將其加入到當(dāng)前生成樹中，并加入到BFS隊列的末尾?；厮菟惴ㄔ诮鉀Q八皇后問題中的運用回溯算法是一種通過探索所有可能解來解決問題的算法。在八皇后問題中，回溯算法被用于尋找在8x8棋盤上放置8個皇后的方法，使得沒有任何兩個皇后在同一行、列或?qū)蔷€上。回溯算法在八皇后問題中的應(yīng)用回溯算法在八皇后問題中的應(yīng)用01具體步驟：021.將