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图是计算机科学中的重要数据结构,由顶点和边组成。顶点代表实体,边表示实体间的关系。图分为有向图和无向图,有向图的边有方向性,无向图的边没有方向。图可以用来表示社交网络、交通网络、互联网等复杂系统的结构关系。
深度优先搜索是图遍历的基本算法之一。它从起始顶点开始,沿着一条路径尽可能深入地访问顶点,直到无法继续为止,然后回溯到上一个顶点,继续探索其他路径。DFS使用栈结构实现,具有递归的特性。算法的访问顺序体现了深度优先的特点,先深入再回溯。
广度优先搜索按层次遍历图中的顶点。它使用队列数据结构,先访问起始顶点的所有邻接顶点,再访问这些顶点的邻接顶点,逐层扩展。与深度优先搜索不同,BFS能够找到最短路径,适用于无权图的最短路径问题。两种算法各有优势,DFS节省空间,BFS保证最优解。
A星算法是一种启发式搜索算法,结合了Dijkstra算法的准确性和贪心算法的效率。它使用评估函数f等于g加h,其中g是起点到当前点的实际代价,h是当前点到终点的启发式估计。算法优先选择f值最小的节点进行扩展,既保证找到最优路径,又提高了搜索效率,广泛应用于游戏AI和机器人路径规划。
图搜索算法在人工智能领域有着广泛的应用。在地图导航中,A星算法帮助找到最优路径;在游戏AI中,图搜索用于NPC的智能行为;在知识图谱中,通过图遍历实现智能推理和问答;在社交网络中,图算法用于好友推荐和社区发现。这些应用展现了图搜索在解决复杂AI问题中的重要价值。