بفس هو اختصار للمصطلح الإنجليزي اتساع-البحث الأول ، وهو ما يعني" بحث اتساع " باللغة الروسية. هذا هو أحد المفاهيم الخوارزمية الرئيسية في علوم الكمبيوتر التي تستخدم للعثور على مسار أو اجتياز رسم بياني.
الفكرة الأساسية من بفس هو أن تبدأ من عقدة معينة (أو بداية قمة الرأس) ، ومن ثم استكشاف بالتتابع جميع العقد المجاورة على نفس المستوى قبل الانتقال إلى المستوى التالي. وهذا هو ، بفس يذهب" في العرض "، وليس"في العمق". يتيح لك ذلك العثور على أقصر مسار من قمة البداية إلى قمة الهدف ، إذا كان موجودا.
استخدام خوارزمية بفس على نطاق واسع في مختلف المجالات ، مثل توجيه الحزمة في شبكات الكمبيوتر ، أقصر مسار البحث في تحديد المواقع والملاحة ، وتحليل الشبكة ، وقواعد البيانات الرسم البياني ، المعلوماتية الحيوية وأكثر من ذلك بكثير. نظرا لكفاءتها وبساطتها ، بفس هي واحدة من الخوارزميات الأكثر شعبية في البرمجة وعلوم الكمبيوتر بشكل عام.
ميزة بفس هو قدرته على العثور على أقصر مسار بين القمم في الرسوم البيانية غير المرجحة والرسوم البيانية مع أوزان حافة موحدة. ومع ذلك ، قد تكون الخوارزمية غير فعالة في حالة الرسوم البيانية الكبيرة والكثيفة ، حيث يتم استخدام الكثير من الذاكرة والوقت.
- ما هو بفس-شرح مفصل والتطبيق
- تعريف بفس
- آلية عملية بفس
- تطبيق بفس في الخوارزميات
- 1. اتساع-البحث الأول في الرسم البياني
- 2. اتساع-البحث الأول في الشجرة
- 3. ابحث عن أقرب الجيران
- 4. إيجاد حلول في الألغاز
- 5. البحث عن المكونات المتصلة
- الاستنتاجات
- تنفيذ البرنامج في البرمجة
- مزايا وحدود بفس
- مزايا بفس:
- القيود بفس:
- سؤال وجواب
- ما هو بفس?
- كيف تعمل خوارزمية بفس?
- ما هي تطبيقات خوارزمية بفس?
ما هو بفس-شرح مفصل والتطبيق
بفس (اتساع-البحث الأول) هو الرسم البياني أو خوارزمية اجتياز الشجرة التي تبدأ من قمة معينة ويذهب واسعة ، وفتح جميع القمم المجاورة قبل الانتقال إلى المستوى التالي.
تستخدم خوارزمية بفس بنية بيانات تسمى "قائمة الانتظار" لتخزين القمم التي تحتاج إلى زيارة. يبدأ من الرأس الأولي ويضيف جميع القمم المجاورة إلى قائمة الانتظار. ثم تستخرج الخوارزمية الرأس من قائمة الانتظار وتضيف جميع الرؤوس المجاورة غير المرغوب فيها إلى قائمة الانتظار. تستمر هذه العملية حتى تتم زيارة جميع القمم.
ميزة خوارزمية بفس هو أنه يسمح لك للعثور على أقصر مسار من قمة واحدة إلى أخرى ، والتي سيكون عدد الحواف الحد الأدنى. ويمكن أيضا أن تستخدم بفس للتحقق من اتصال الرسم البياني أو شجرة ، اجتياز الشجرة في ترتيب المستوى ، أو العثور على جميع المسارات الممكنة بين اثنين من القمم.
يمكن العثور على تطبيق خوارزمية بفس في العديد من المجالات ، بما في ذلك:
- - اتساع-البحث الأول في الرسوم البيانية والأشجار;
- - البحث عن أقصر الطرق أو الحل الأمثل;
- - التحقق من اتصال الرسم البياني أو الشجرة;
- - البحث عن جميع المسارات الممكنة بين رأسين;
- - تحديد أقرب الجيران;
- - البحث عن واجهات الموجة في الصورة;
- - نمذجة انتشار الفيروسات أو المعلومات;
- - تحليل الشبكات الاجتماعية والاتصالات بين الناس;
- - البحث في شجرة نظام الملفات.
خوارزمية بفس هي واحدة من الخوارزميات الرئيسية في علوم الكمبيوتر ويستخدم على نطاق واسع لحل مختلف المشاكل في الممارسة العملية.
تعريف بفس
بفس (اتساع-البحث الأول)هو خوارزمية اجتياز الرسم البياني على أساس مبدأ اجتياز اتساع. يتم استخدامه للعثور على جميع رؤوس الرسم البياني التي يمكن الوصول إليها من رأس أولي معين وتحديد طول أقصر مسار لكل منها.
الفكرة الأساسية لخوارزمية بفس هي أنه في كل خطوة من اجتياز ، تتم معالجة جميع القمم التي هي على نفس المستوى أولا ، ومن ثم الانتقال إلى مستوى قمة الرأس التالي.
يمكن تنفيذ خوارزمية بفس باستخدام بنية بيانات قائمة الانتظار. في كل خطوة من خطوات الزحف ، يتم استخراج قمة الرأس من قائمة الانتظار ، ويتم إضافة جيرانها إلى قائمة الانتظار ، ثم يتم وضع علامة على قمة الرأس نفسها على أنها تمت زيارتها.
تطبيق خوارزمية بفس واسع جدا: يتم استخدامه لحل المشكلات في مختلف المجالات ، بما في ذلك رسومات الكمبيوتر والمعلوماتية الحيوية والتحليل النحوي والذكاء الاصطناعي وغيرها.
آلية عملية بفس
خوارزمية البحث اتساع أولا (بفس) هي واحدة من أبسط والأكثر شعبية خوارزميات البحث الرسم البياني. يستخدم مبدأ البحث" الاتساع أولا " ، أي أنه يعالج أولا جميع الرؤوس على مستوى واحد من الرسم البياني ، ثم ينتقل إلى المستوى التالي.
1. الخطوة الأولى من بفس هو تحديد قمة البداية ووضعه في قائمة الانتظار.
2. ثم يستخرج بفس قمة الرأس من بداية قائمة الانتظار ويتحقق من جميع القمم المجاورة.
3. لكل قمة مجاورة لم تتم زيارتها بعد ، ولكن تمت إضافتها بالفعل إلى قائمة الانتظار ، يضعها بفس في نهاية قائمة الانتظار ويضعها على أنها تمت زيارتها.
4. عند زيارة جميع القمم المجاورة للرأس الحالي ، تتم إزالتها من قائمة الانتظار.
5. يتم تكرار الخطوات من 2 إلى 4 حتى تصبح قائمة الانتظار فارغة.
خوارزمية بفس يسمح لك لاجتياز الرسم البياني من قبل المستويات ، بدءا من قمة الرأس الأولي والانتقال منه إلى أقرب الجيران ، ومن ثم إلى الجيران المجاورة ، الخ. وهكذا ، بفس يجد جميع القمم يمكن الوصول إليها من قمة الرأس الأولي ويحدد أقصر مسافة لكل منهم.
تطبيق خوارزمية بفس:
- إيجاد أقصر مسار بين رأسين للرسم البياني
- تحديد ما إذا كان هناك مسار بين رأسين من الرسم البياني
- ابحث عن جميع الرؤوس في الرسم البياني التي يمكن الوصول إليها من رأس معين
- البحث عن مكونات الاتصال في رسم بياني غير موجه
- البحث عن دورات في الرسم البياني
استخدام بفس في
بفس (اتساع-البحث الأول) الخوارزميات هي واحدة من أبسط خوارزميات البحث. يعتمد عمله على عبور الرسم البياني في العرض. استخدام بفس يمكن أن تكون مفيدة في مختلف المهام المتعلقة باثفيندينغ ، والعثور على أقرب الجيران ، الخ. دعونا نلقي نظرة على بعض الأمثلة على تطبيقه.
1. اتساع-البحث الأول في الرسم البياني
المهمة الأكثر وضوحا التي يتم استخدام بفس هو العثور على أقصر مسار في الرسم البياني بين اثنين من القمم. ويستند خوارزمية بفس على بناء شجرة البحث اتساع أولا ، حيث يتم تقسيم رؤوس الرسم البياني إلى مستويات المقابلة للمسافة من قمة الرأس الأصلي. تضمن هذه الخوارزمية العثور على أقصر مسار من رأس المصدر إلى كل رأس في الرسم البياني.
2. اتساع-البحث الأول في الشجرة
بفس يمكن استخدامها لاجتياز الشجرة في العرض ، واستخدامه للعثور على العنصر المطلوب أو ببساطة لاجتياز جميع عناصر الشجرة. في هذه الحالة ، يوفر بفس معالجة جميع العقد من الشجرة في ترتيب المسافة من الجذر.
3. ابحث عن أقرب الجيران
تطبيق آخر مثير للاهتمام من بفس هو البحث عن أقرب الجيران في الرسم البياني أو شجرة. يمكن أن تكون هذه المهمة مفيدة ، على سبيل المثال ، عند البحث عن المطاعم القريبة والمؤسسات الطبية وما إلى ذلك. بفس يسمح لك للعثور على أقصر مسافة إلى وجهتك عن طريق الذهاب من خلال القمم المجاورة وتوسيع تدريجيا منطقة البحث.
4. البحث عن حلول في
يستخدم بفس الألغاز أيضا عند البحث عن حلول في الألغاز المختلفة ، على سبيل المثال ، في لعبة "العلامة". انها تسمح لك لفرز من خلال جميع الخيارات الممكنة لمواقف العناصر والعثور على أقصر طريق إلى حل. بفس مريحة جدا في هذه المهمة ، كما أنه يوفر البحث اتساع أولا ويضمن العثور على الحل الأمثل في أقصر وقت ممكن.
5. البحث عن المكونات المتصلة
استخدام بفس في البحث عن مكونات الرسم البياني متصلة هو أيضا مهمة هامة. في هذه الحالة ، تسمح لك الخوارزمية بتحديد جميع الرؤوس التي يمكن الوصول إليها من رأس مصدر معين وتجميعها في مكونات متصلة. بفضل بفس ، فمن الممكن لعزل جميع أجزاء معزولة من الرسم البياني وإقامة اتصالات بين أجزائه المختلفة.
الاستنتاجات
بفس هي واحدة من الخوارزميات الأساسية التي تستخدم على نطاق واسع في حل المشاكل المختلفة. تتيح لك هذه الخوارزمية العثور على أقصر المسارات والبحث عن أقرب الجيران وإيجاد حلول للألغاز وغير ذلك الكثير. نظرا لبساطته وكفاءته ، بفس لا تزال واحدة من الأدوات الرئيسية في الرسم البياني والبحث شجرة وخوارزميات اجتياز.
تنفيذ البرنامج في البرمجة
بفس (اتساع أولا البحث) هو خوارزمية البحث اتساع أولا المستخدمة في البرمجة لاجتياز والبحث عن جميع القمم في الرسم البياني أو شجرة بنية البيانات.
الفكرة الأساسية لخوارزمية بفس هي أننا أولا زيارة جميع القمم المجاورة من قمة الرأس الحالية ، ومن ثم تكرار هذه العملية بشكل متكرر لكل من هذه القمم المجاورة. وهكذا ، تنتشر الخوارزمية تدريجيا من الرأس الأولي إلى جميع الرؤوس الأخرى ، وتزور كل رأس على عمق واحد قبل الانتقال إلى العمق التالي.
يتطلب تنفيذ بفس في البرمجة إنقاذ حالة جميع القمم التي تمت زيارتها. يمكننا استخدام قائمة انتظار لتخزين القمم التي تحتاج إلى زيارة. في كل خطوة من الخوارزمية ، نستخرج قمة من قائمة الانتظار ، ونزورها ، ونضيف جميع رؤوسها المجاورة إلى قائمة الانتظار إذا لم تتم زيارتها بعد.
- إنشاء قائمة انتظار فارغة وإضافة قمة البداية إلى قائمة الانتظار.
- ضع علامة على قمة البداية كما تمت زيارتها.
- حتى تصبح قائمة الانتظار فارغة ، اتبع الخطوات التالية:
يمكن استخدام خوارزمية بفس لحل مجموعة متنوعة من المهام ، مثل العثور على أقصر مسار ، والتحقق من اتصال الرسم البياني ، والتحقق من دورات في الرسم البياني ، وغيرها. ويمكن أيضا أن تطبق على مختلف هياكل البيانات مثل شجرة مثل شجرة أو كومة.
مزايا وحدود بفس
خوارزمية البحث الاتساع أولا (بفس) هي واحدة من الخوارزميات الرئيسية المستخدمة في علوم الكمبيوتر. إنها خوارزمية رسم بياني تتيح لك العثور على أقصر مسار من نقطة إلى أخرى. على الرغم من بساطته ، بفس لديها العديد من المزايا والقيود.
مزايا بفس:
- العثور على أقصر مسار: بفس يضمن العثور على أقصر مسار من نقطة البداية إلى نقطة الهدف في رسم بياني غير مرجح. هذا مفيد بشكل خاص عند العمل مع تحديد المسار أو أقصر مسار للعثور على المهام في المتاهات والألعاب والتطبيقات الأخرى.
- مجموعة واسعة من التطبيقات: يمكن تطبيق بفس في العديد من المجالات ، بما في ذلك رسومات الكمبيوتر ، والذكاء الاصطناعي ، والتحسين ، وبروتوكولات الشبكة ، وأكثر من ذلك. تسمح الطبيعة المفتوحة للخوارزمية بتطبيقها في سياقات مختلفة.
- سهولة التنفيذ: خوارزمية البحث الاتساع أولا سهلة التنفيذ والفهم نسبيا. يمكن كتابتها بناء على هياكل بيانات بسيطة مثل قائمة الانتظار أو المكدس. هذا يجعلها في متناول المطورين بمستويات مختلفة من الخبرة.
القيود بفس:
- استهلاك الذاكرة: بفس يتطلب تخزين جميع العقد من المستوى الحالي في الذاكرة من أجل الانتقال إلى المستوى التالي. في بعض الحالات ، قد تكون هذه مشكلة ، خاصة عندما يكون الرسم البياني كبيرا جدا أو تكون الذاكرة محدودة.
- وقت التنفيذ: في بعض الحالات ، بفس يمكن أن يستغرق وقتا طويلا ، وخاصة عند العمل مع الرسوم البيانية الكبيرة أو الرسوم البيانية مع درجة عالية من الاتصال. يمكن أن يزيد وقت تنفيذ الخوارزمية أضعافا مضاعفة مع زيادة حجم الرسم البياني.
- عدم القدرة على العمل مع الرسوم البيانية الدورية: بفس لا يمكن أن تعمل مع الرسوم البيانية التي تحتوي على دورات ، لأن هذه الخوارزمية لا تتبع العقد التي تمت زيارتها. إذا كان الرسم البياني يحتوي على حلقة ، يمكن بفس حلقة وتشغيل إلى أجل غير مسمى.
بشكل عام ، بفس هو خوارزمية البحث فعالة وتستخدم على نطاق واسع في علوم الكمبيوتر. لها مزاياها وقيودها ، والتي يجب أخذها في الاعتبار عند استخدامها في مهام محددة.
سؤال وجواب
ما هو بفس?
بفس (اتساع-البحث الأول ، اتساع-البحث الأول) هو خوارزمية البحث الرسم البياني الذي يسمح لك للعثور على جميع القمم يمكن الوصول إليها من قمة بداية معينة عن طريق التكرار من خلال رؤوس الرسم البياني في ترتيب المسافة من قمة البداية.
كيف تعمل خوارزمية بفس?
تبدأ خوارزمية بفس مع بحث اتساع أولا من قمة البداية. فإنه يضع قمة البداية في قائمة الانتظار ، وبعد ذلك ، في حين أن قائمة الانتظار ليست فارغة ، مقتطفات قمة الرأس من قائمة الانتظار والتحقق من القمم المجاورة لها. إذا لم تتم زيارة قمة الرأس المجاورة بعد ، فسيتم تمييزها على أنها تمت زيارتها وإضافتها إلى قائمة الانتظار. تستمر الخوارزمية في العمل حتى تصبح قائمة الانتظار فارغة.
ما هي تطبيقات خوارزمية بفس?
خوارزمية بفس يجد العديد من التطبيقات في مختلف المجالات. على سبيل المثال ، في خوارزميات عبور الرسوم البيانية ، وإيجاد أقصر مسار في الرسوم البيانية غير المرجحة ، والتحقق من اتصال الرسم البياني والبحث عن مكونات الاتصال. كما أنها تستخدم في تخطيط الحركة ومهام معالجة الصور.