예제를 사용한 너비 우선 검색(BFS) 알고리즘
사라 첸
BFS 알고리즘(폭 우선 검색)이란 무엇입니까?
너비 우선 탐색(BFS)은 데이터를 그래프화하거나 트리를 검색하거나 구조를 탐색하는 데 사용되는 알고리즘입니다. BFS의 전체 형태는 너비 우선 탐색입니다.
이 알고리즘은 그래프의 모든 키 노드를 정확한 너비 방향으로 효율적으로 방문하고 표시합니다. 이 알고리즘은 그래프에서 단일 노드(초기 또는 소스 포인트)를 선택한 다음 선택한 노드에 인접한 모든 노드를 방문합니다. BFS는 이러한 노드에 하나씩 액세스한다는 것을 기억하세요.
알고리즘이 시작 노드를 방문하고 표시한 후 가장 가까운 방문하지 않은 노드로 이동하여 분석합니다. 방문한 후 모든 노드가 표시됩니다. 이러한 반복은 그래프의 모든 노드가 성공적으로 방문되고 표시될 때까지 계속됩니다.
그래프 순회란 무엇입니까?
그래프 순회는 그래프에서 정점 위치를 찾는 데 일반적으로 사용되는 방법입니다. 방문한 정점의 순서를 표시하면서 그래프를 빠르고 정확하게 분석할 수 있는 고급 검색 알고리즘입니다. 이 프로세스를 사용하면 무한 루프에 갇히지 않고 그래프의 각 노드를 빠르게 방문할 수 있습니다.
BFS 알고리즘의 아키텍처
- 다양한 수준의 데이터에서 임의의 노드를 탐색을 시작하는 시작 또는 초기 노드로 표시할 수 있습니다. BFS는 노드를 방문하여 방문한 것으로 표시하고 대기열에 배치합니다.
- 이제 BFS는 가장 가까운 노드와 방문하지 않은 노드를 방문하여 표시합니다. 이러한 값도 큐에 추가됩니다. 큐는 다음에서 작동합니다. FIFO 모델.
- 비슷한 방식으로 그래프에서 남은 가장 가까운 노드와 방문하지 않은 노드는 분석되어 표시되고 큐에 추가됩니다. 이러한 항목은 수신으로 큐에서 삭제되고 결과로 인쇄됩니다.
BFS 알고리즘이 필요한 이유는 무엇입니까?
데이터세트를 검색하는 데 BFS 알고리즘을 활용하는 데는 여러 가지 이유가 있습니다. 이 알고리즘을 첫 번째 선택으로 만드는 가장 중요한 측면은 다음과 같습니다.
- BFS는 그래프의 노드를 분석하고 이를 통과하는 최단 경로를 구성하는 데 유용합니다.
- BFS는 최소한의 반복 횟수로 그래프를 탐색할 수 있습니다.
- BFS 알고리즘의 아키텍처는 간단하고 견고합니다.
- BFS 알고리즘의 결과는 다른 알고리즘에 비해 높은 수준의 정확도를 가지고 있습니다.
- BFS 반복은 원활하며 이 알고리즘이 무한 루프 문제에 빠질 가능성이 없습니다.
BFS 알고리즘은 어떻게 작동하나요?
그래프 순회를 위해서는 트리형 구조에서 방문하지 않은 모든 단일 노드를 방문, 확인 및/또는 업데이트하는 알고리즘이 필요합니다. 그래프 순회는 그래프의 노드를 방문하는 순서에 따라 분류됩니다.
BFS 알고리즘은 그래프의 첫 번째 또는 시작 노드에서 연산을 시작하여 철저히 횡단합니다. 초기 노드를 성공적으로 횡단하면 그래프의 다음 횡단되지 않은 정점을 방문하여 표시합니다.
따라서 현재 정점에 인접한 모든 노드가 첫 번째 반복에서 방문되고 횡단된다고 말할 수 있습니다. 간단한 큐 방법론이 BFS 알고리즘의 작동을 구현하는 데 사용되며 다음 단계로 구성됩니다.
단계 1)
그래프의 각 정점이나 노드는 알려져 있습니다. 예를 들어 노드를 V로 표시할 수 있습니다.
단계 2)
정점 V에 액세스하지 못한 경우 정점 V를 BFS 대기열에 추가합니다.
단계 3)
BFS 검색을 시작하고 완료 후 정점 V를 방문한 것으로 표시합니다.
단계 4)
BFS 큐는 아직 비어 있지 않으므로 큐에서 그래프의 정점 V를 제거합니다.
단계 5)
정점 V에 인접한 그래프의 나머지 정점을 모두 검색합니다.
단계 6)
인접한 각 정점에 대해 V1이라고 가정하고 아직 방문하지 않은 경우 V1을 BFS 대기열에 추가합니다.
단계 7)
BFS는 V1을 방문하여 방문한 것으로 표시하고 대기열에서 삭제합니다.
BFS 알고리즘 예
단계 1)
0~6까지 XNUMX개의 숫자로 구성된 그래프가 있습니다.
단계 2)
0 또는 XNUMX이 루트 노드로 표시되었습니다.
단계 3)
0이 방문되어 표시되고 대기열 데이터 구조에 삽입됩니다.
단계 4)
나머지 0개의 인접 노드와 방문하지 않은 노드를 방문하고 표시한 후 대기열에 삽입합니다.
단계 5)
모든 노드를 방문할 때까지 순회 반복이 반복됩니다.
BFS 알고리즘의 규칙
BFS 알고리즘 사용에 대한 중요한 규칙은 다음과 같습니다.
- 대기열(FIFO-선입선출) 데이터 구조 BFS에서 사용됩니다.
- 그래프의 모든 노드를 루트로 표시하고 해당 노드에서 데이터 탐색을 시작합니다.
- BFS는 그래프의 모든 노드를 순회하며 완료된 노드를 계속 삭제합니다.
- BFS는 방문하지 않은 인접한 노드를 방문하여 완료로 표시하고 대기열에 삽입합니다.
- 인접한 정점이 없는 경우 대기열에서 이전 정점을 제거합니다.
- BFS 알고리즘은 그래프의 모든 정점이 성공적으로 탐색되고 완료된 것으로 표시될 때까지 반복됩니다.
- 모든 노드에서 데이터를 탐색하는 동안 BFS로 인해 발생하는 루프가 없습니다.
BFS 알고리즘의 응용
BFS 알고리즘 구현이 매우 효과적일 수 있는 실제 응용 프로그램 중 일부를 살펴보겠습니다.
- 비가중 그래프: BFS 알고리즘은 최단 경로와 최소 스패닝 트리를 쉽게 생성하여 가능한 최단 시간에 높은 정확도로 그래프의 모든 정점을 방문할 수 있습니다.
- P2P 네트워크: BFS는 피어 투 피어 네트워크에서 가장 가까운 또는 이웃 노드를 모두 찾는 데 구현할 수 있습니다. 이렇게 하면 필요한 데이터를 더 빨리 찾을 수 있습니다.
- 웹 크롤러: 검색 엔진이나 웹 크롤러는 BFS를 사용하여 여러 수준의 색인을 쉽게 구축할 수 있습니다. BFS 구현은 웹 페이지인 소스에서 시작하여 해당 소스의 모든 링크를 방문합니다.
- 네비게이션 시스템: BFS는 기본 위치 또는 소스 위치에서 모든 인접 위치를 찾는 데 도움을 줄 수 있습니다.
- 네트워크 방송: 브로드캐스트된 패킷은 BFS 알고리즘에 의해 안내되어 주소가 있는 모든 노드를 찾아 도달합니다.
제품 개요
- 그래프 순회는 트리형 구조에서 방문하지 않은 모든 단일 노드를 방문, 확인 및/또는 업데이트하는 알고리즘이 필요한 고유한 프로세스입니다. BFS 알고리즘은 비슷한 원리로 작동합니다.
- 이 알고리즘은 그래프의 노드를 분석하고 이를 통과하는 최단 경로를 구성하는 데 유용합니다.
- 알고리즘은 가능한 가장 짧은 반복 횟수와 가장 짧은 시간에 그래프를 탐색합니다.
- BFS는 그래프에서 단일 노드(초기점 또는 소스 포인트)를 선택한 다음 선택된 노드에 인접한 모든 노드를 방문합니다. BFS는 이러한 노드에 하나씩 액세스합니다.
- 방문하고 표시된 데이터는 BFS에 의해 대기열에 배치됩니다. 대기열은 선입 선출 방식으로 작동합니다. 따라서 그래프에 먼저 배치된 요소가 먼저 삭제되고 결과로 인쇄됩니다.
- BFS 알고리즘은 결코 무한 루프에 빠질 수 없습니다.
- 높은 정밀도와 강력한 구현으로 인해 BFS는 P2P 네트워크, 웹 크롤러 및 네트워크 방송과 같은 여러 실제 솔루션에 사용됩니다.
