深度优先java 深度优先栈实现

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编程梦想实现家 2023-06-21 21:55:34

文章标签 深度优先java List java 搜索 文章分类 Java 后端开发

深度优先算法所遵循的搜索策略是尽可能“深”地搜索一个图。在深度优先搜索中，对于最新发现的定点，如果它还有以此为起点而未探测到的边，就沿此边继续探测下去。当顶点v的所有边都已被探寻过后，搜索将回溯到发现顶点v的点。这一过程一直进行到发现从源顶点可达的所有顶点位置为止。

用java实现的深度优先算法代码如下：

import java.util.List;
import java.util.ArrayList;

/**
 * 栈
 */
public class Stack<E> {

	private List<E> stack = new ArrayList<E>();

	/**
	 * 进栈
	 * 
	 * @param 进栈元素
	 */
	public void push(E e) {
		stack.add(e);
	}

	/**
	 * 出栈
	 * 
	 * @return 栈顶元素
	 */
	public E pop() {
		if (!isEmpty()) {
			E result = stack.get(stack.size() - 1);
			stack.remove(stack.size() - 1);
			return result;
		} else {
			return null;
		}
	}

	/**
	 * 取栈顶元素
	 * 
	 * @return 栈顶元素
	 */
	public E top() {
		if (!isEmpty()) {
			return stack.get(stack.size() - 1);
		} else {
			return null;
		}
	}

	/**
	 * 查询栈是否为空
	 * 
	 * @return
	 */
	public boolean isEmpty() {
		return stack.isEmpty();
	}
}

/**
 * 边
 * 
 * @author Thief
 *
 */
public class Edge {

	public Edge(String vertexA, String vertexB) {
		super();
		this.vertexA = vertexA;
		this.vertexB = vertexB;
	}
	
	/**
	 * 顶点A
	 */
	private String vertexA;

	/**
	 * 顶点B
	 */
	private String vertexB;

	/**
	 * 该边是否已经被访问
	 */
	boolean isVisited = false;

	public String getVertexA() {
		return vertexA;
	}

	public void setVertexA(String vertexA) {
		this.vertexA = vertexA;
	}

	public String getVertexB() {
		return vertexB;
	}

	public void setVertexB(String vertexB) {
		this.vertexB = vertexB;
	}

	public boolean isVisited() {
		return isVisited;
	}

	public void setVisited(boolean isVisited) {
		this.isVisited = isVisited;
	}

}

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;

/**
 * 图
 * 
 * @author Thief
 *
 */
public class Graph {

	/**
	 * 顶点
	 */
	private List<String> vertexList = new ArrayList<String>();

	/**
	 * 边
	 */
	private Map<String, List<Edge>> edgeMap = new HashMap<String, List<Edge>>();

	/**
	 * 向图中添加顶点
	 * 
	 * @param vertex
	 *            顶点名字
	 * @throws Exception
	 *             当顶点已经存在时抛出异常
	 */
	public void addVertex(String vertex) throws Exception {
		if (vertexList.contains(vertex)) {
			throw new Exception("该顶点已经存在！");
		} else {
			vertexList.add(vertex);
		}
	}

	/**
	 * 向图中添加边
	 * 
	 * @param vertexName_A
	 *            顶点A的名字
	 * @param vertexName_B
	 *            顶点B的名字
	 * @throws Exception
	 *             顶点不存在或边已经存在时抛出异常
	 */
	public void addEdge(String vertexA, String vertexB) throws Exception {
		if (!vertexList.contains(vertexA) || !vertexList.contains(vertexB)) {
			throw new Exception("顶点不存在！");
		}

		if (containsEdge(vertexA, vertexB)) {
			throw new Exception("边已经存在");
		}

		if (edgeMap.containsKey(vertexA)) {
			List<Edge> list = edgeMap.get(vertexA);
			list.add(new Edge(vertexA, vertexB));
		} else {
			List<Edge> list = new ArrayList<Edge>();
			list.add(new Edge(vertexA, vertexB));
			edgeMap.put(vertexA, list);
		}

		if (edgeMap.containsKey(vertexB)) {
			List<Edge> list = edgeMap.get(vertexB);
			list.add(new Edge(vertexB, vertexA));
		} else {
			List<Edge> list = new ArrayList<Edge>();
			list.add(new Edge(vertexB, vertexA));
			edgeMap.put(vertexB, list);
		}
	}

	/**
	 * 判断图中该边是否已经存在
	 * 
	 * @param vertexA
	 *            顶点A
	 * @param vertexB
	 *            顶点B
	 * @return 如果存在返回true，否则返回false
	 */
	private boolean containsEdge(String vertexA, String vertexB) {
		boolean isExist = false;
		if (edgeMap.containsKey(vertexA)) {
			List<Edge> list = edgeMap.get(vertexA);
			if (list.contains(new Edge(vertexA, vertexB))) {
				isExist = true;
			}
		}

		return isExist;
	}

	/**
	 * 深度优先搜索
	 * 
	 * @param startVertex
	 *            起点
	 */
	public void DFS(String startVertex) {
		Stack<String> stack = new Stack<String>();
		stack.push(startVertex);

		System.out.println("搜索开始。。。");

		while (!stack.isEmpty()) {
			String currentVertex = stack.top();

			//判断与该顶点相连的边是否都已经被访问
			boolean isAllVisited = true;
			for (Edge edge : edgeMap.get(currentVertex)) {
				if (!edge.isVisited) {
					isAllVisited = false;
					break;
				}
			}

			if (isAllVisited) {
				stack.pop();
				if (!stack.isEmpty()) {
					System.out.println(currentVertex + "  -->  " + stack.top());
				}
			} else {
				List<Edge> listA = edgeMap.get(currentVertex);
				for (Edge edge : listA) {
					if (!edge.isVisited) {
						stack.push(edge.getVertexB());
						System.out.println(currentVertex + "  -->  "
								+ edge.getVertexB());
						edge.isVisited = true;

						// 将边BA的访问标志置为true
						List<Edge> listB = edgeMap.get(edge.getVertexB());
						for (Edge item : listB) {
							if (item.getVertexB().equals(currentVertex)) {
								item.isVisited = true;
							}
						}
						break;
					}
				}
			}

		}

		System.out.println("搜索结束。。。");
	}
}

测试代码如下：

public class Test {

	public static void main(String[] args) {
		Graph graph = new Graph();
		try {
			graph.addVertex("A");
			graph.addVertex("B");
			graph.addVertex("C");
			graph.addVertex("D");
			graph.addVertex("E");
			graph.addVertex("F");
			graph.addVertex("G");

			graph.addEdge("A", "B");
			graph.addEdge("B", "C");
			graph.addEdge("B", "D");
			graph.addEdge("A", "E");
			graph.addEdge("E", "F");
			graph.addEdge("A", "G");

			graph.DFS("A");
		} catch (Exception e) {
			System.out.println(e.getMessage());
		}

	}
}

执行结果如下：

搜索开始。。。

A --> B

B --> C

C --> B

B --> D

D --> B

B --> A

A --> E

E --> F

F --> E

E --> A