موضوع مقاله: الگوریتم جستجوی عمق اول | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # الگوریتم جستجوی عمق اول | مقدمه: روش جستجوی عمق اول برای پیمایش گراف، همان‌طور که از نامش پیداست «جستجوی رأس‌های عمیق‌تر در گراف تا زمانی که امکان دارد» است. | ## بخش 1: الگوریتم جستجوی عمق اول | در صورتی که همهٔ همسایه‌ها قبلاً دیده شده باشند، الگوریتم عقب‌گرد می‌کند و اجرای الگوریتم برای رأسی که از آن به رأس جاری رسیده‌ایم، ادامه می‌یابد. به عبارتی الگوریتم تا آنجا که ممکن است، به عمق بیشتر می‌رود و در مواجهه با بن‌بست عقب‌گرد می‌کند. این فرایند تا زمانی که همهٔ رأس‌های قابل دستیابی از ریشه دیده شوند ادامه می‌یابد. همچنین در مسائلی که حالات مختلف متناظر با رئوس یک گراف‌اند و حل مسئله مستلزم یافتن رأس هدف با خصوصیات مشخصی است، جستجوی عمق اول مفید است. در هر گام، الگوریتم در صورت امکان به اولین همسایهٔ دیده نشده یک رأس در گراف جستجو می‌رود تا به رأسی برسد که همهٔ همسایگانش دیده شده‌اند که در حالت اخیر، الگوریتم به اولین رأسی بر می‌گردد که همسایهٔ داشته باشد که هنوز دیده نشده باشد. این روند تا جایی ادامه می‌یابد که رأس هدف پیدا شود یا همهٔ مولفهٔ همبندی گراف پیمایش شود. البته پیاده‌سازی هوشمندانهٔ الگوریتم با انتخاب ترتیب مناسب برای بررسی همسایه‌های دیده نشدهٔ رأس جاری به صورتی که ابتدا الگوریتم به بررسی همسایه‌ای بپردازد که به صورت موضعی و با انتخابی حریصانه به رأس هدف نزدیک‌تر است، امکان‌پذیر خواهد بود که در کاهش زمان اجرا مؤثر است. بدین ترتیب که هر بار با ورود به یک رأس دیده نشده، آن رأس را در پشته قرار می‌دهیم و هنگام عقب‌گرد رأس را از پشته حذف می‌کنیم؛ بنابراین در تمام طول الگوریتم اولین عنصر پشته رأس در حال بررسی است. | ## بخش 2: الگوریتم جستجوی عمق اول | وقتی در گراف‌های بزرگی جستجو می‌کنیم که امکان ذخیرهٔ کامل آن‌ها به علت محدودیت حافظه وجود ندارد، در صورتی که طول مسیر پیمایش شده توسط الگوریتم که از ریشه شروع شده، خیلی بزرگ شود، الگوریتم با مشکل مواجه خواهد شد. در واقع این راه‌حل ساده که «رئوسی را که تا به حال دیده‌ایم ذخیره کنیم» همیشه کار نمی‌کند. البته این مشکل با محدود کردن عمق جستجو در هر بار اجرای الگوریتم حل می‌شود که در نهایت به الگوریتم جستجوی عمق اول عمیق‌کننده تکراری خواهد انجامید. در هر گام که در راس قرار داشته باشیم، ابتدا آن راس به عنوان یک رأس دیده شده برچسب می‌خورد. رأس دلخواه دیده نشده از همسایگان انتخاب شده و الگوریتم به صورت بازگشتی از فرایند خود را ادامه می‌دهد. اگر در رأسی مانند قرار گرفتیم که همهٔ همسایگانش دیده شده‌اند، اجرای الگوریتم را برای آن رأس خاتمه می‌دهیم. شبه کد ورودی گراف و راس از گراف خروجی پیمایشی از گراف شامل رأس‌های قابل دسترسی از نسخهٔ بازگشتی الگوریتم به این شکل است: الگوریتم راس را برچسب بزن. برای همه راس‌های که از به آن‌ها یال هست : اگر راس برچسب نخورده بود آنگاه: DFS(G,w) را اجرا کن. | ## بخش 3: الگوریتم جستجوی عمق اول | و یک نسخهٔ غیر بازگشتی الگوریتم به این قرار است: الگوریتم راس را وارد پشته کن و آن را برچسب بزن. تا زمانی که پشته خالی نیست : راس را برابر راس برداشته شده ار بالای پشته قرار بده. برای همه راس‌های که از به آن‌ها یال هست و برچسب نخورده‌اند: راس را وارد پشته کن و آن را برچسب بزن. پیچیدگی زمانی مشخص است که الگوریتم، هر یال در گراف بدون جهت را دقیقاً دو بار (یک بار به به هنگام بررسی هر یک از دو انتها) و هر یال در گراف جهت‌دار را دقیقاً یک بار پیمایش می‌کند. همچنین هر رأس قابل دسترسی از ریشه دقیقاً یک بار بازدید خواهد شد؛ بنابراین پیچیدگی زمانی جستجوی عمق اول (|O(|V|+|E خواهد بود. در گراف ساده، برای این کار رویهٔ عادی جستجو عمق اول را در پیش می‌گیریم، تنها با این تفاوت که یک لیست نشانه و یک لیست پدر می‌سازیم که در ابتدا برای هر کدام از رئوس به ترتیب مقادیر نادرست و اشاره‌گر تهی دارد، زیرا در ابتدای امر هیچ‌کدام از رئوس دیده نشده‌اند و پدر آن‌ها در جنگل فراگیری که قرار است این الگوریتم بسازد، نامشخص است. سپس در هر مرحله بررسی می‌شود که اگر رأس کنونی v که به وسیله رأس u پیدا شده‌است، قبلاً نشانه‌گذاری شده بود و خود v پدر u نبود، در این صورت یک یال بازگشت پیدا شده‌است که نشان می‌دهد گراف دور دارد. | ## جمع‌بندی | در صورتی که تا پایان مراحل اجرا هیچ یال بازگشت‌ای پیدا نشد، یعنی گراف بدون دور است.