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js获取打印机列表_图算法 -只需“五步” ,获取两节点间的所有路径(非递归方式)

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在实现 “图” 数据结构时,会遇到 “

获取两点之间是所有路径

” 这个算法问题,网上的资料大多都是利用递归算法来实现(见文末的参考文章)。

我们知道在 JS 中用递归算法很容易会让调用栈溢出,为了能在生产环境中使用,必须要用非递归方式的去实现。

经过一番探索,实现的思路主要来自文章 《求两点间所有路径的遍历算法》 ,只是该文中并没有给出具体的实现细节,需要自己去实现;最终本文的实现结合类似《算法 - 调度场算法(Shunting Yard Algorithm)》 中所提及的双栈来完成。

1、算法过程

以计算下图为例,

节点 3

节点 6

所有路径所有可能的路径为 8 条:

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我们具体讲一下如何获取这 8 条路径的过程。

首先准备两个栈,分别称为

主栈

辅栈

  • 主栈 :每个元素是 单个节点(Vertex) ,用于存放当前路径上的节点;
  • 辅栈 :每个元素用于存放主栈对应元素的 相邻节点列表(Vertex Array) ;该栈是用来辅助 主栈 的,其长度和 主栈 一致;

Step 1: 建栈

v3

节点3

)放到主栈,同时将

v3

节点的邻接节点列表

[v1, v7]

放到辅栈中:

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主栈和辅栈压入让栈长度增长,我个人称之为

建栈(build stack)

Step 2: 继续建栈

建栈后,我们查看辅栈,其栈顶是节点列表

[v1, v7]

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我们取出节点列表的第一个元素

v1

,将其压入到主栈;同时将剩下的节点列表

[v7]

重新压回到辅栈:

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同时查询

v1

的邻接节点列表是

[v3, v0]

由于

v3

节点已经在主栈里,需要从这个列表中剔除

(这一步很重要),将剔除后的节点列表

[v0]

压入

辅栈

中:

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这一步也让主栈和辅栈长度增长了,所以也是

建栈(build stack)

过程

Step 3: 削栈

继续

Step 2

的建栈过程,直到我们的主栈栈顶

v7

,此时辅栈的栈顶是空列表

[]

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由于辅栈的栈顶是空列表

[]

,所以没法继续建栈了 —— 这表明这条路径走到尽头了都还没找到目标节点

v6

走到

此路不通

的境地,我们就需要开始回退,看看来时的路上的其他岔路。

我们将主栈栈顶的

v7

弹出,同时也将辅栈的空列表

[]

弹出:

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这一操作将导致

主栈

辅栈

长度减少,该过程我个人称之为

削栈(cutdown stack)

Step 4:获取第一条路径

重复上述的

Step 2

Step 3

,采取策略:

  • 只要辅栈栈顶是 非空列表 ,我们就建栈
  • 只要辅栈栈顶是 空列表 ,我们就削栈

直到主栈的顶部节点是目标节点

v6

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进行到这里,我们停下来观察一番,发现主栈里的内容已经是一条完整的从

v3

v6

的路径了:

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我们输出当前栈为数组:

['v3', 'v1', 'v0', 'v2', 'v5', 'v6']

,该数组就表示

v3 -> v1 -> v0 -> v2 -> v5 -> v6

这条路径。

进行至此,我们终于获取了一条从

v3

v6

的路径。

应该为自己的努力鼓个掌,已经看到胜利的曙光;接下来加个简单的循环就能获取所有的路径。

Step 5: 获取所有路径

重复

Step 2

-

Step 4

步骤,采取策略如下:

  • 只要辅栈栈顶是 非空列表 ,我们就建栈
  • 只要辅栈栈顶是 空列表 ,我们就削栈
  • 只要主栈栈顶是 目标节点 ,我们输出路径,同时削栈

重复以上过程,直到

主栈

为空为止。

随着

建栈(build stack)

削栈(cutdown stack)

过程的进行,主栈和辅栈不断变化着,在这个变化的过程中我们就能不断地获取从

v3

v6

的路径,最终就可以获取所有的路径。

2、代码实现

2.1、伪代码

依据上述过程的描述,很方面将文字转换成伪代码:

BEGIN

  初始化主栈
  初始化辅栈

  首次建栈

  WHILE 主栈不为空 THEN

    获取辅栈栈顶,为邻接节点列表

    IF 邻接节点列表不为空 THEN
      获取邻接节点列表首个元素
      将该元素压入主栈,剩下列表压入辅栈
      建栈
    ELSE
      削栈
      CONTINUE
    END IF

    IF 主栈栈顶元素 === 目标节点 THEN
      获取一条路径,保存起来
      削栈
    END IF

  END WHILE

END
           

以上是我们拿无向图来做范例,实际上

该算法也适合有向图

2.2、实现效果

该双栈算法的 JS 实现已经写到代码库

ss-graph

中 ,我们直接拿它来做校验,实际运行效果如下:

可前往 https:// runkit.com/boycgit/ss-g raph 自行修改数据体验:
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3、总结

最近在复习 “图” 这数据结构,在过程中逐步尝试书写代码去实现个中算法。能够体会得到知识点只有经过自己思考和总结后,才能为之后的融会贯通打下基础。

在本文的学习总结中,有两点体会印象较为深刻:

  1. 能用能递归解决的问题,一般都可以用 循环 + 栈(Stack) 的方式来解决。
  2. 当不知道算法如何实现的时候,比较适合归纳总结的学习方法,即先逐步从简单场景开始演示,等摸索到其中规律之后再着手去实现。

图相关的算法还有很多,有很多经典算法,后续有空会将一些经典的算法实现并整理出来,互有裨益。

参考文章

  • Find if there is a path between two vertices in a directed graph:geeksforgeeks 相关面试题,递归实现
  • Print all paths from a given source to a destination:递归实现,查找所有路径
  • 求两点间所有路径的遍历算法:较为通俗易懂;,一个保存路径的栈、一个保存已标记结点的数

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