[이코테] 04. DFS / BFS

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📢 '이것이 코딩 테스트다 with 파이썬' 책을 공부하고 복습하기 위해 작성했습니다.

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탐색 알고리즘 DFS / BFS

DFS(Depth First Search, 깊이 우선 탐색)

그래프에서 깊은 부분을 우선적으로 탐색하는 알고리즘

DFS 동작 과정 (스택 자료구조)

1. 탐색 시작 노드를 스택에 삽입하고 방문 처리를 한다.

2-1. 스택의 최상단 노드에 방문하지 않은 인접 노드가 있으면, 그 인접 노드를 스택에 넣고 방문 처리를 한다.

• "방문 처리"는 스택에 한 번 삽입되어 처리된 노드가 다시 삽입되지 않게 체크하는 것

2-2. 방문하지 않은 인접 노드가 없으면 스택에서 최상단 노드를 꺼낸다.

3. 2번의 과정을 더 이상 수행할 수 없을 때까지 반복한다.

• DFS의 기능을 생각하면 순서와 상관없이 처리해도 되지만, 문제에서 번호가 낮은 순서로 처리하도록 명시하는 경우가 있다. 따라서 관행적으로 번호가 낮은 순서부터 처리하도록 구현한다.
• 데이터의 개수가 N개인 경우 O(N)의 시간이 소요된다.

DFS 재귀 함수 예제 코드

# DFS 메서드 정의
def dfs(graph, v, visited):
    # 현재 노드를 방문 처리
    visited[v] = True
    print(v, end=" ")

    # 현재 노드와 연결된 다른 노드를 방문
    for i in graph[v]:
        if not visited[i]:
            dfs(graph, i, visited)

# 각 노드가 연결된 정보: 2차원 리스트
graph = [
    [],
    [2, 3, 8],
    [1, 7],
    [1, 4, 5],
    [3, 5],
    [3, 4],
    [7],
    [2, 6, 8],
    [1, 7]
]

# 각 노드의 방문 정보: 1차원 리스트
visited = [False] * 9

# DFS 함수 호출
dfs(graph, 1, visited)

• 출력

1 2 7 6 8 3 4 5

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BFS(Breadth First Search, 너비 우선 탐색)

가까운 노드부터 탐색하는 알고리즘

BFS 동작 과정 (큐 자료구조)

1. 탐색 시작 노드를 큐에 삽입하고 방문 처리를 한다.
2. 큐에서 노드를 꺼내 해당 노드의 인접 노드 중에서 방문하지 않은 노드를 모두 큐에 삽입하고 방문처리를 한다.
3. 2번의 과정을 더 이상 수행할 수 없을 때까지 반복한다.

• 파이썬에서 deque 라이브러리를 사용하는 것이 좋으며, O(N)의 시간이 소요된다.

BFS deque 예제 코드

from collections import deque

# BFS 메서드 정의
def bfs(graph, start, visited):
    # 큐(Queue) 구현을 위해 deque 라이브러리 사용
    queue = deque([start])
    # 현재 노드 방문 처리
    visited[start] = True

    # 큐가 빌 때까지 반복
    while queue:
        # 큐에서 하나의 원소를 뽑아 출력
        v = queue.popleft()
        print(v, end=" ")
        # 해당 원소와 연결된, 아직 방문하지 않은 원소를 큐에 삽입
        for i in graph[v]:
            if not visited[i]:
                queue.append(i)
                visited[i] = True

# 각 노드가 연결된 정보: 2차원 리스트
graph = [
    [],
    [2, 3, 8],
    [1, 7],
    [1, 4, 5],
    [3, 5],
    [3, 4],
    [7],
    [2, 6, 8],
    [1, 7]
]

# 각 노드의 방문 정보: 1차원 리스트
visited = [False] * 9

# BFS 함수 호출
bfs(graph, 1, visited)

• 출력

1 2 3 8 7 4 5 6

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