Capitolo 11 Visite di grafi Algoritmi e Strutture Dati

Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © The McGraw - Hill Companies, srl 2 Scopo e tipi di visita Una visita (o attraversamento) di un grafo G permette di esaminare i nodi e gli archi di G in modo sistematico (supporremo G connesso) Problema di base in molte applicazioni Esistono vari tipi di visite con diverse proprietà: in particolare, visita in ampiezza (BFS=breadth first search) e visita in profondità (DFS=depth first search)

Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © The McGraw - Hill Companies, srl 3 Algoritmo di visita generica La visita parte da un vertice s prescelto ed esplora seguendo una qualche regola uno dei suoi adiacenti Un vertice v raggiunto da u viene marcato come visitato se è stato incontrato per la prima volta, e viene quindi aggiunto alla frangia F di visita; inoltre, il nodo u diventa padre di v, e l’arco (u,v) viene etichettato come arco di visita Un vertice rimane nella frangia di visita fintantoché non sono stati esplorati tutti i suoi adiacenti La visita genera un albero di copertura T del grafo \

Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © The McGraw - Hill Companies, srl 4 Visite particolari Se la frangia F è implementata come coda si ha la visita in ampiezza (BFS) Se la frangia F è implementata come pila si ha la visita in profondità (DFS)

Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © The McGraw - Hill Companies, srl 5 Visita in ampiezza

Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © The McGraw - Hill Companies, srl 6 Visita in ampiezza

Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © The McGraw - Hill Companies, srl 7 Costo della visita in ampiezza Il tempo di esecuzione dipende dalla struttura dati usata per rappresentare il grafo (e dalla connettività o meno del grafo rispetto ad s): Liste di adiacenza: O(m+n) Matrice di adiacenza: O(n 2 )

Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © The McGraw - Hill Companies, srl 8 Esempio: grafo non orientato (1/2)

Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © The McGraw - Hill Companies, srl 9 Esempio: grafo non orientato (2/2)

Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © The McGraw - Hill Companies, srl 10 Esempio: grafo orientato

Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © The McGraw - Hill Companies, srl 11 Proprietà Per ogni nodo v, il livello di v nell’albero BFS è pari alla distanza di v dalla sorgente s Per ogni arco (u,v) di un grafo non orientato, gli estremi u e v appartengono allo stesso livello o a livelli consecutivi dell’albero BFS Se il grafo è orientato, possono esistere archi (u,v) che attraversano all’indietro più di un livello

Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © The McGraw - Hill Companies, srl 12 Visita in profondità

Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © The McGraw - Hill Companies, srl 13 Visita in profondità

Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © The McGraw - Hill Companies, srl 14 Costo della visita in profondità Il tempo di esecuzione dipende dalla struttura dati usata per rappresentare il grafo (e dalla connettività o meno del grafo rispetto ad s): Liste di adiacenza: O(m+n) Matrice di adiacenza: O(n 2 )

Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © The McGraw - Hill Companies, srl 15 Esempio: grafo non orientato (1/2)

Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © The McGraw - Hill Companies, srl 16 Esempio: grafo non orientato (2/2)

Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © The McGraw - Hill Companies, srl 17 Esempio: grafo orientato (1/2)

Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © The McGraw - Hill Companies, srl 18 Esempio: grafo orientato (2/2)

Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © The McGraw - Hill Companies, srl 19 Proprietà Sia (u,v) un arco di un grafo non orientato. Allora: –(u,v) è un arco dell’albero DFS, oppure – i nodi u e v sono l’uno discendente/antenato dell’altro Sia (u,v) un arco di un grafo orientato. Allora: –(u,v) è un arco dell’albero DFS, oppure – i nodi u e v sono l’uno discendente/antenato dell’altro, oppure –(u,v) è un arco trasversale a sinistra, ovvero il vertice v è in un sottoalbero visitato precedentemente ad u

Camil Demetrescu, Irene Finocchi, Giuseppe F. ItalianoAlgoritmi e strutture dati Copyright © The McGraw - Hill Companies, srl 20 Riepilogo Concetto di grafo e terminologia Diverse strutture dati per rappresentare grafi nella memoria di un calcolatore L’utilizzo di una particolare rappresentazione può avere un impatto notevole sui tempi di esecuzione di un algoritmo su grafi (ad esempio, nella visita di un grafo) Algoritmo di visita generica e due casi particolari: visita in ampiezza e visita in profondità

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