《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(shí)例搜索與回溯概述CATALOGUE01搜索是一種通過(guò)給定條件在數(shù)據(jù)集中尋找目標(biāo)的過(guò)程。它通常包括對(duì)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(guò)探索問(wèn)題的解空間來(lái)尋找問(wèn)題的解。在回溯過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)當(dāng)前解不滿足條件或無(wú)法達(dá)到目標(biāo)，算法會(huì)撤銷(xiāo)已經(jīng)進(jìn)行的操作并嘗試其他可能的解?；厮荻x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(shù)，盡可能深地搜索樹(shù)的分支。當(dāng)節(jié)點(diǎn)v的所在邊都己被探尋過(guò)，搜索將回溯到發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)v的那條邊的起始節(jié)點(diǎn)。這一過(guò)程一直進(jìn)行到已發(fā)現(xiàn)從源節(jié)點(diǎn)可達(dá)的所有節(jié)點(diǎn)為止。如果還存在未被發(fā)現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)，則選擇其中一個(gè)作為源節(jié)點(diǎn)并重復(fù)以上過(guò)程，整個(gè)進(jìn)程反復(fù)進(jìn)行直到所有節(jié)點(diǎn)都被訪問(wèn)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(shù)，從根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，探索最接近根節(jié)點(diǎn)的解。在BFS中，首先訪問(wèn)根節(jié)點(diǎn)，然后訪問(wèn)所有相鄰的節(jié)點(diǎn)，然后是它們的鄰居節(jié)點(diǎn)，以此類(lèi)推。BFS通常使用隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。啟發(fā)式搜索：?jiǎn)l(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(guò)使用啟發(fā)式函數(shù)來(lái)評(píng)估解的質(zhì)量，從而指導(dǎo)搜索過(guò)程。常見(jiàn)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(lèi)組合優(yōu)化問(wèn)題決策問(wèn)題知識(shí)推理游戲AI搜索與回溯的應(yīng)用場(chǎng)景01020304如旅行商問(wèn)題（TSP）、排班問(wèn)題等。如八皇后問(wèn)題、圖的著色問(wèn)題等。如專(zhuān)家系統(tǒng)、自然語(yǔ)言處理等。如圍棋、象棋等棋類(lèi)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(shù)或圖的算法。該算法會(huì)盡可能深地搜索樹(shù)的分支。當(dāng)節(jié)點(diǎn)v的所在邊都己被探尋過(guò)，搜索將回溯到發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)v的那條邊的起始節(jié)點(diǎn)。這個(gè)過(guò)程一直進(jìn)行到已發(fā)現(xiàn)從源節(jié)點(diǎn)可達(dá)的所有節(jié)點(diǎn)為止。如果還存在未被發(fā)現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)，則選擇其中一個(gè)作為源節(jié)點(diǎn)并重復(fù)以上過(guò)程，整個(gè)進(jìn)程反復(fù)進(jìn)行直到所有節(jié)點(diǎn)都被訪問(wèn)為止。DFS的基本概念通過(guò)遞歸函數(shù)調(diào)用，每次深入一層，直到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)或無(wú)路可走時(shí)回溯到上一層繼續(xù)搜索。遞歸實(shí)現(xiàn)使用一個(gè)棧來(lái)保存當(dāng)前正在遍歷的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)遍歷到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)或無(wú)路可走時(shí)，從棧中彈出下一個(gè)節(jié)點(diǎn)繼續(xù)遍歷。棧實(shí)現(xiàn)DFS的實(shí)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(diǎn)算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，易于理解。對(duì)于某些問(wèn)題，如迷宮求解等，深度優(yōu)先搜索可以快速找到解。缺點(diǎn)對(duì)于大規(guī)模問(wèn)題，深度優(yōu)先搜索可能會(huì)造成大量的重復(fù)計(jì)算和無(wú)效搜索，導(dǎo)致效率低下。深度優(yōu)先搜索可能會(huì)陷入局部最優(yōu)解，而忽略全局最優(yōu)解。DFS的優(yōu)缺點(diǎn)分析廣度優(yōu)先搜索（BFS）CATALOGUE03BFS是一種按照離起始節(jié)點(diǎn)距離由近及遠(yuǎn)進(jìn)行搜索的算法，通過(guò)隊(duì)列來(lái)管理待搜索節(jié)點(diǎn)。BFS通常用于遍歷或搜索樹(shù)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(wèn)題時(shí)效果較好。BFS的核心思想是先將起始節(jié)點(diǎn)入隊(duì)，然后依次取出隊(duì)首節(jié)點(diǎn)，再將其未被訪問(wèn)過(guò)的相鄰節(jié)點(diǎn)加入隊(duì)尾，如此循環(huán)，直到所有節(jié)點(diǎn)被訪問(wèn)或搜索目標(biāo)被找到。BFS的基本概念010204BFS的實(shí)現(xiàn)方式創(chuàng)建一個(gè)隊(duì)列，將起始節(jié)點(diǎn)入隊(duì)。取出隊(duì)首節(jié)點(diǎn)，檢查該節(jié)點(diǎn)是否為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)或需要處理的節(jié)點(diǎn)。將該節(jié)點(diǎn)的所有未被訪問(wèn)過(guò)的相鄰節(jié)點(diǎn)加入隊(duì)列。重復(fù)步驟2和3，直到隊(duì)列為空或找到目標(biāo)。03優(yōu)點(diǎn)BFS能夠按照離起始節(jié)點(diǎn)的距離由近及遠(yuǎn)進(jìn)行搜索，因此在解決與距離和層次相關(guān)的問(wèn)題時(shí)效果較好。同時(shí)，BFS算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，易于理解和實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)BFS算法在搜索過(guò)程中可能會(huì)搜索到一些不相關(guān)的節(jié)點(diǎn)，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(wèn)題，如迷宮求解等。BFS的優(yōu)缺點(diǎn)分析回溯算法CATALOGUE04回溯算法是一種通過(guò)探索所有可能的解來(lái)解決問(wèn)題的算法，它通過(guò)遞歸的方式嘗試所有可能的解，并在遇到無(wú)法解決的問(wèn)題時(shí)進(jìn)行回溯?；厮菟惴ㄍǔＳ糜诮鉀Q決策問(wèn)題，如八皇后問(wèn)題、圖的著色問(wèn)題等。回溯算法的基本思想是窮舉所有可能的解，并利用剪枝函數(shù)來(lái)排除不可能的解，從而減少搜索空間?；厮菟惴ǖ幕靖拍?/p>

回溯算法的實(shí)現(xiàn)方式遞歸回溯算法通常使用遞歸實(shí)現(xiàn)，通過(guò)遞歸調(diào)用自身來(lái)探索所有可能的解。剪枝函數(shù)在搜索過(guò)程中，可以使用剪枝函數(shù)來(lái)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(wú)法再深入，然后回溯到上一個(gè)節(jié)點(diǎn)，繼續(xù)探索其他路徑。回溯算法的優(yōu)缺點(diǎn)分析優(yōu)點(diǎn)回溯算法可以窮舉所有可能的解，從而找到問(wèn)題的所有解。對(duì)于某些問(wèn)題，回溯算法是唯一可行的解決方案。缺點(diǎn)回溯算法的時(shí)間復(fù)雜度通常較高，對(duì)于大規(guī)模問(wèn)題，可能需要很長(zhǎng)時(shí)間才能找到解。此外，回溯算法可能會(huì)產(chǎn)生大量的無(wú)效解，需要使用剪枝函數(shù)進(jìn)行排除。搜索與回溯算法的應(yīng)用實(shí)例CATALOGUE05深度優(yōu)先搜索在迷宮求解中的運(yùn)用深度優(yōu)先搜索（DFS）是一種用于遍歷或搜索樹(shù)或圖的算法。在迷宮求解中，DFS被用于從迷宮的入口開(kāi)始，盡可能深地搜索迷宮的路徑，直到找到目標(biāo)或達(dá)到終點(diǎn)。DFS在迷宮求解中的應(yīng)用具體步驟：1.從入口開(kāi)始，標(biāo)記當(dāng)前位置為已訪問(wèn)。2.遞歸地搜索當(dāng)前位置的所有可能移動(dòng)，如果移動(dòng)有效（即未訪問(wèn)過(guò)），則繼續(xù)深入搜索。3.如果遇到死胡同或達(dá)到終點(diǎn)，則回溯到上一個(gè)位置，繼續(xù)搜索其他可能的移動(dòng)。01020304DFS在迷宮求解中的應(yīng)用廣度優(yōu)先搜索在最小生成樹(shù)構(gòu)建中的運(yùn)用廣度優(yōu)先搜索（BFS）是一種遍歷或搜索樹(shù)或圖的算法，它從根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始并探索所有相鄰節(jié)點(diǎn)，然后進(jìn)行下一層的相鄰節(jié)點(diǎn)，以此類(lèi)推。在最小生成樹(shù)構(gòu)建中，BFS用于尋找連接所有節(jié)點(diǎn)的最短路徑。BFS在最小生成樹(shù)中的應(yīng)用具體步驟：1.將所有節(jié)點(diǎn)加入到BFS隊(duì)列中。2.從隊(duì)列中取出一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并檢查其所有相鄰節(jié)點(diǎn)。BFS在最小生成樹(shù)中的應(yīng)用0102BFS在最小生成樹(shù)中的應(yīng)用4.重復(fù)步驟2和3，直到隊(duì)列為空。3.對(duì)于每個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)，如果它不在當(dāng)前生成樹(shù)中，則將其加入到當(dāng)前生成樹(shù)中，并加入到BFS隊(duì)列的末尾?；厮菟惴ㄔ诮鉀Q八皇后問(wèn)題中的運(yùn)用回溯算法是一種通過(guò)探索所有可能解來(lái)解決問(wèn)題的算法。在八皇后問(wèn)題中，回溯算法被用于尋找在8x8棋盤(pán)上放置8個(gè)皇后的方法，使得沒(méi)有任何兩個(gè)皇后在同一行、列或?qū)蔷€上?；厮菟惴ㄔ诎嘶屎髥?wèn)題中的應(yīng)用回溯算法在八皇后問(wèn)題中的應(yīng)用01具體步驟：021.將