深度优先搜索的基本思想
人工智能[第五章状态空间搜索策略]山东大学期末考试知识点复习
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第五章状态空间搜索策略搜索是人工智能的一个基本问题，是推理不可分割的一部分。
搜索是求解问题的一种方法，是根据问题的实际情况，按照一定的策略或规则，从知识库中寻找可利用的知识，从而构造出一条使问题获得解决的推理路线的过程。
搜索包含两层含义：一层含义是要找到从初始事实到问题最终答案的一条推理路线；另一层含义是找到的这条路线是时间和空间复杂度最小的求解路线。
搜索可分为盲目搜索和启发式搜索两种。
1．1 盲目搜索策略1．状态空间图的搜索策略为了利用搜索的方法求解问题，首先必须将被求解的问题用某种形式表示出来。
一般情况下，不同的知识表示对应着不同的求解方法。
状态空间表示法是一种用“状态”和“算符”表示问题的方法。
状态空间可由一个三元组表示(S，F，Sg)。
利用搜索方法求解问题的基本思想是：首先将问题的初始状态(即状态空间图中的初始节点)当作当前状态，选择一适当的算符作用于当前状态，生成一组后继状态(或称后继节点)，然后检查这组后继状态中有没有目标状态。
如果有，则说明搜索成功，从初始状态到目标状态的一系列算符即是问题的解；若没有，则按照某种控制策略从已生成的状态中再选一个状态作为当前状态，重复上述过程，直到目标状态出现或不再有可供操作的状态及算符时为止。
算法5．1 状态空间图的一般搜索算法①建立一个只含有初始节点S0的搜索图G，把S放入OPEN表中。
②建立CLOSED表，且置为空表。
③判断OPEN表是否为空表，若为空，则问题无解，退出。
④选择OPEN表中的第一个节点，把它从OPEN表移出，并放入CLOSED表中，将此节点记为节点n。
⑤考察节点n是否为目标节点，若是，则问题有解，并成功退出。
问题的解的这条路径得到。
即可从图G中沿着指针从n到S⑥扩展节点n生成一组不是n的祖先的后继节点，并将它们记作集合M，将M中的这些节点作为n的后继节点加入图G中。
⑦对那些未曾在G中出现过的(即未曾在OPEN表上或CLOSED表上出现过的)M中的节点，设置一个指向父节点(即节点n)的指针，并把这些节点加入OPEN 表中；对于已在G中出现过的M中的那些节点，确定是否需要修改指向父节点(n 节点)的指针；对于那些先前已在G中出现并且已在COLSED表中的M中的节点，确定是否需要修改通向它们后继节点的指针。
[指南]深度优先搜索的基本思想
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深度优先搜索的基本思想搜索是人工智能中的一种基本方法，也是信息学竞赛选手所必须熟练掌握的一种方法，它最适合于设计基于一组生成规则集的问题求解任务，每个新的状态的生成均可使问题求解更接近于目标状态，搜索路径将由实际选用的生成规则的序列构成。
我们在建立一个搜索算法的时候．首要的问题不外乎两个：以什么作为状态?这些状态之间又有什么样的关系?我们就简单的说一下深度优先搜索的基本思想吧。
如算法名称那样，深度优先搜索所遵循的搜索策略是尽可能“深”地搜索树。
在深度优先搜索中，对于当前发现的结点，如果它还存在以此结点为起点而未探测到的边，就沿此边继续搜索下去，若当结点的所有边都己被探寻过．将回溯到当前结点的父结点，继续上述的搜索过程直到所有结点都被探寻为止。
深度优先搜索在树的遍历中也称作树的先序遍历。
对于树而言，深度优先搜索的思路可以描述为：(1)将根结点置为出发结点。
(2)访问该出发结点．(3)依次将出发结点的子结点置为新的出发结点．进行深度优先遍历(执行(2))。
(4)退回上一层的出发结点。
深度优先搜索的具体编程可用递归过程或模拟递归来实现。
他们各有各的优缺点。
递归形式的程序符合思维习惯．编写起来较容易．但由于递归过程的调用借助较慢的系统栈空间传递参数和存放局部变量，故降低了执行效率。
模拟递归使用数组存放堆栈数据，在管理指针和每层选择决策上不如递归容易编程．但一旦熟悉了程序框架，调试起来要比递归程序方便，由于数组一般使用静态内存．访问速度较快，执行效率也较高．经典例子、找零钱（money.pas）问题描述：有2n个人排队购一件价为0.5元的商品，其中一半人拿一张1元人民币，另一半人拿一张0.5元的人民币，要使售货员在售货中，不发生找钱困难，问这2n个人应该如何排队？找出所有排队的方案。
（售货员一开始就没有准备零钱）输入：输入文件money.in仅一个数据n输出：输出文件money.out若干行，每行一种排队方案，每种方案前加序号No.i，每种方案0表示持0.5元钞票的人，1表示持1元钞票的人样例：money.in3money.out NO.1:000111 No.2:001011 No.3:001101 No.4:010011 No.5:010101。
迷宫最短路径算法
迷宫最短路径算法一、引言迷宫最短路径算法是指在迷宫中找到从起点到终点的最短路径的算法。
在实际应用中，迷宫最短路径算法可以用于机器人导航、游戏设计等领域。
本文将介绍几种常见的迷宫最短路径算法，包括深度优先搜索、广度优先搜索、Dijkstra 算法和 A* 算法。
二、深度优先搜索深度优先搜索是一种基于栈的搜索算法，其主要思想是从起点开始，沿着某个方向一直走到底，直到无路可走时回溯到上一个节点。
具体实现时，可以使用递归或手动维护栈来实现。
三、广度优先搜索广度优先搜索是一种基于队列的搜索算法，其主要思想是从起点开始，依次将与当前节点相邻且未被访问过的节点加入队列，并标记为已访问。
然后从队列头部取出下一个节点作为当前节点，并重复以上操作直到找到终点或队列为空。
四、Dijkstra 算法Dijkstra 算法是一种贪心算法，在图中寻找从起点到终点的最短路径。
具体实现时，首先将起点标记为已访问，并将其与所有相邻节点的距离加入一个优先队列中。
然后从队列中取出距离最小的节点作为当前节点，并更新其相邻节点到起点的距离。
重复以上操作直到找到终点或队列为空。
五、A* 算法A* 算法是一种启发式搜索算法，其主要思想是在广度优先搜索的基础上引入启发函数，用于评估每个节点到终点的估计距离。
具体实现时，将起点加入开放列表，并计算其到终点的估价函数值。
然后从开放列表中取出估价函数值最小的节点作为当前节点，并将其相邻未访问节点加入开放列表中。
重复以上操作直到找到终点或开放列表为空。
六、总结以上介绍了几种常见的迷宫最短路径算法，包括深度优先搜索、广度优先搜索、Dijkstra 算法和 A* 算法。
不同算法适用于不同场景，需要根据实际情况选择合适的算法。
在实际应用中，还可以结合多种算法进行优化，以提高寻路效率和精确度。
浅谈深度优先搜索算法优化
浅谈深度优先搜索算法优化深度优先算法是一种常用的图算法，其基本思想是从起始节点开始，不断地深入到图的各个分支直到无法继续深入，然后回溯到上一个节点，继续深入其他未探索的分支，直到遍历完整个图。
然而，深度优先算法在应用中可能会面临一些问题，例如空间过大导致的效率低下等。
因此，需要对深度优先算法进行优化。
一种常见的深度优先算法优化方法是剪枝技术。
剪枝是指在过程中对一些节点进行跳过，从而减少空间。
具体来说，可以通过设置一些条件，只符合条件的节点，从而跳过一些不必要的路径。
例如，在解决八皇后问题时，可以设置一些约束条件，如不同行、不同列和不同对角线上不能同时存在两个皇后，然后在过程中只考虑符合条件的节点，这样就能够有效地减少空间，提高效率。
另一种常见的深度优先算法优化方法是使用启发式。
启发式是一种基于问题特征的方法，通过引入评估函数来估计状态的潜在价值，从而指导方向。
启发式在深度优先算法中的应用主要是通过选择有潜在最优解的节点进行，从而减少次数和空间。
例如，在解决旅行商问题时，可以使用贪心算法选择距离当前节点最近的未访问的节点，然后向该节点进行深度，这样就能够更快地找到最优解。
此外，可以通过使用数据结构进行优化。
深度优先算法使用递归的方式进行，但递归在实现上需要使用系统栈，当空间非常大时，会占用大量的内存。
为了解决这个问题，可以使用迭代的方式进行，使用自定义的栈来存储路径。
这样，可以节省内存并提高效率。
另外，也可以使用位运算来替代传统的数组存储状态，从而节省空间。
例如，在解决0-1背包问题时，可以使用一个整数表示当前已经选择了哪些物品，这样就能够大大减小空间，提高效率。
最后，可以通过并行计算来优化深度优先算法。
并行计算是指使用多个处理器或多个线程同时进行计算，从而加快速度。
在深度优先算法中，并行计算可以通过将空间划分为多个子空间，每个子空间由一个处理器或一个线程负责，然后汇总结果，得到最终的解。
这样就能够充分利用计算资源，提高效率。
dfs通用步骤-概述说明以及解释
dfs通用步骤-概述说明以及解释1.引言1.1 概述DFS（深度优先搜索）是一种常用的图遍历算法，它通过深度优先的策略来遍历图中的所有节点。
在DFS中，从起始节点开始，一直向下访问直到无法继续为止，然后返回到上一个未完成的节点，继续访问它的下一个未被访问的邻居节点。
这个过程不断重复，直到图中所有的节点都被访问为止。
DFS算法的核心思想是沿着一条路径尽可能深入地搜索，直到无法继续为止。
在搜索过程中，DFS会使用一个栈来保存待访问的节点，以及记录已经访问过的节点。
当访问一个节点时，将其标记为已访问，并将其所有未访问的邻居节点加入到栈中。
然后从栈中取出下一个节点进行访问，重复这个过程直到栈为空。
优点是DFS算法实现起来比较简单，而且在解决一些问题时具有较好的效果。
同时，DFS算法可以用来解决一些经典的问题，比如寻找图中的连通分量、判断图中是否存在环、图的拓扑排序等。
然而，DFS算法也存在一些缺点。
首先，DFS算法不保证找到最优解，有可能陷入局部最优解而无法找到全局最优解。
另外，如果图非常庞大且存在大量的无效节点，DFS可能会陷入无限循环或者无法找到解。
综上所述，DFS是一种常用的图遍历算法，可以用来解决一些问题，但需要注意其局限性和缺点。
在实际应用中，我们需要根据具体问题的特点来选择合适的搜索策略。
在下一部分中，我们将详细介绍DFS算法的通用步骤和要点，以便读者更好地理解和应用该算法。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下所示：文章结构：在本文中，将按照以下顺序介绍DFS（深度优先搜索）通用步骤。
首先，引言部分将概述DFS的基本概念和应用场景。
其次，正文部分将详细解释DFS通用步骤的两个要点。
最后，结论部分将总结本文的主要内容并展望未来DFS的发展趋势。
通过这样的结构安排，读者可以清晰地了解到DFS算法的基本原理和它在实际问题中的应用。
接下来，让我们开始正文的介绍。
1.3 目的目的部分的内容可以包括对DFS（Depth First Search，深度优先搜索）的应用和重要性进行介绍。
第9单元 基本算法 第 10 课 深度优先搜索
信息学奥赛课课通(C++)
例5、背包问题
问题描述】 小明就要去春游了。妈妈给他买了很多好吃的。小明想把 这些吃的都放进他的书包，但他很快发现，妈妈买的东西 实在太多了，他必须放弃一些，但又希望能带尽可能多的 好吃的。举算法解决一些实际问题。 已知小明的书包最多可以装入总重量为 s 的物品，同时也知 道小明妈妈给他买的每样东西的重量。请从这些好吃的中 选出若干装入小明的书包中，使得装入物品的总重量正好 为 s。找到任意一组解输出即可。
高等教育出版社
信息学奥赛课课通(C++)
【输入样例】 8 14 13259476 【输出样例】 1346 【输入样例】 3 12 285 【输出样例】 No Answer!
高等教育出版社
信息学奥赛课课通(C++)
【问题分析】 本题是最简单的“0-1 背包问题”。只要从第一件物品开始， 考虑取和不取两种情况，进行递归深搜，一旦发现装入物 品的总重量等于背包的容量，就输出答案。 具体程序参见教材457-458页。此算法的时间复杂度为O （2^n ），对于 n=100，显然会超时。我们将在后面专门讨 论解决 0-1 背包问题的其他算法。
高等教育出版社
信息学奥赛课课通(C++)
【问题分析】 设 ans 表示小林从初始位置出发可以经过的黑色瓷砖数，初 始值为 0，从小林的初始位置“@”开始深度优先搜索， ans++，再把该位置设置为红色（已走过），然后穷举其上、 下、左、右四个位置是否是黑色瓷砖。是，则递归搜索。 参考程序见教材453页。
信息学奥赛课课通(C++)
第 9 单元 基本算法
作者：林厚从
搜索算法-DFS再探究
Yangzheng Middle School
例题1 数字游戏
思路：
枚举初始排列，状态数：n!
计算最后的数字，复杂度：O(n^2)
最终复杂度O(n!*n^2)
N=12时，复杂度≈6*10^10，超时！
Yangzheng Middle School
例题1 数字游戏
思路：
设排列为a[1], a[2],…,a[N]，经过一系列累加得到了最
• Num=0，找到解，搜索结束
• 找到可标上Num的木块：dfs(Num-1) • 找不到可标上Num的木块：回溯dfs(Num+1)，为Num+1 换一个位置
Yangzheng Middle School
例题3 间隔排列
运行效果对比
N 3 7 11 15 16 19 20 27 32 40 从小到大搜索 0.00s 0.01s 0.01s 0.01s 0.17s 8.15s 10.43s >30s >30s >30s 从大到小搜索 0.00s 0.00s 0.00s 0.01s 0.00s 0.00s 0.01s 0.00s 0.00s 0.00s
Yangzheng Middle School
例题1 数字游戏
【输入文件】 输入文件bds.in的第1行为两个正整数n，sum。 【输出文件】 输出文件bds.out包括1行，为字典序最小的那个答案。 【样例输入】
4 16
【样例输出】 3 1 2 4 【数据规模与约定】 对于40%的数据，n≤7； 对于80%的数据，n≤10； 对于100%的数据，n≤12，sum≤12345，且保证一定有解。
搜索算法之 DFS再探究
深度优先搜索算法（DFS）
深度优先搜索的基本原理
深度优先搜索的基本原理深度优先搜索是一种常用的搜索算法，它的主要思想是沿着搜索空间中的可能路径以深度优先的方式搜索整个空间，而不是广度优先的方式。
深度优先搜索可以用来解决多种种类的问题，包括最短路径，最大收益，最小化损失等等。
本文将对深度优先搜索的原理及应用进行简要介绍。
一、深度优先搜索原理深度优先搜索（Depth-FirstSearch，DFS）是一种搜索算法，它受到树的结构性质的启发，在给定的搜索空间中以深度优先的方式搜索整个空间，而不是广度优先的方式，也就是说，从一个节点出发之后，探索它的所有可能的路径，直到找到目标状态为止。
深度优先搜索的步骤分为以下几步：1.首先，在搜索空间中选择一个节点作为起点，并把它标记为处理过；2.然后，搜索深度优先，如果当前节点有直接相连的节点，则把它也标记为处理过，并选择一个未标记节点作为当前节点，重复上述步骤；3.最后，如果找到了目标状态，则结束搜索，否则，回退到尚未访问过的节点，重新开始搜索。
二、深度优先搜索的应用深度优先搜索可以应用于多种类的问题，其中最常用的是给定搜索空间中最短路径的搜索。
比如导航问题，给定搜索空间，从出发点到目标点，深度优先搜索可以帮助我们在最短的时间里找到最短路径。
深度优先搜索也可以应用于最大收益的搜索，比如深度优先搜索可以应用于棋盘游戏的最佳路径搜索，它可以帮助我们找到棋盘游戏中最大收益的路径。
另外，深度优先搜索也可以用来搜索最小化损失的路径。
三、深度优先搜索的优势1.深度优先搜索可以快速地找到最短路径，它可以帮助我们节省问题解决中的很多时间；2.深度优先搜索也可以应用于最大收益的搜索，比如棋盘游戏等；3.它不需要记录太多的搜索状态，从而提高搜索的效率；4.深度优先搜索不需要考虑太多的约束条件，并且也并不需要在搜索空间中记录太多的信息，使得搜索问题更加易于理解。
四、深度优先搜索的不足1.深度优先搜索只能从当前节点出发，很容易陷入死胡同，因此，有时候可能会导致搜索的中断或无法从死胡同出发，直至搜索完全空间；2.它只能找到单条最优路径，而不能找到整个搜索空间中的最优路径；3.深度优先搜索的空间复杂度较高，因此它的执行效率较低，在处理高维空间的问题时，它的效率就更低了。
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深度优先搜索的基本思想
搜索是人工智能中的一种基本方法，也是信息学竞赛选手所必须熟练掌握的一种方法，它最适合于设计基于一组生成规则集的问题求解任务，每个新的状态的生成均可使问题求解更接近于目标状态，搜索路径将由实际选用的生成规则的序列构成。
我们在建立一个搜索算法的时候．首要的问题不外乎两个：以什么作为状态?这些状态之间又有什么样的关系?我们就简单的说一下深度优先搜索的基本思想吧。
如算法名称那样，深度优先搜索所遵循的搜索策略是尽可能“深”地搜索树。
在深度优先搜索中，对于当前发现的结点，如果它还存在以此结点为起点而未探测到的边，就沿此边继续搜索下去，若当结点的所有边都己被探寻过．将回溯到当前结点的父结点，继续上述的搜索过程直到所有结点都被探寻为止。
深度优先搜索在树的遍历中也称作树的先序遍历。
对于树而言，深度优先搜索的思路可以描述为：
(1)将根结点置为出发结点。
(2)访问该出发结点．
(3)依次将出发结点的子结点置为新的出发结点．进行深度优先遍历(执行(2))。
(4)退回上一层的出发结点。
深度优先搜索的具体编程可用递归过程或模拟递归来实现。
他们各有各的优缺点。
递归形式的程序符合思维习惯．编写起来较容易．但由于递归过程的调用借助较慢的系统栈空间传递参数和存放局部变量，故降低了执行效率。
模拟递归使用数组存放堆栈数据，在管理指针和每层选择决策上不如递归容易编程．但一旦熟悉了程序框架，调试起来要比递归程序方便，由于数组一般使用静态内存．访问速度较快，执行效率也较高．
经典例子、找零钱（money.pas）
问题描述：有2n个人排队购一件价为0.5元的商品，其中一半人拿一张1元人民币，另一半人拿一张0.5元的人民币，要使售货员在售货中，不发生找钱困难，问这2n个人应该如何排队？找出所有排队的方案。
（售货员一开始就没有准备零钱）
输入：
输入文件money.in仅一个数据n
输出：
输出文件money.out若干行，每行一种排队方案，每种方案前加序号No.i，每种方案0表示持0.5元钞票的人，1表示持1元钞票的人
样例：
money.in
3
money.out NO.1:000111 No.2:001011 No.3:001101 No.4:010011 No.5:010101。