深さ優先探索と幅優先探索

深さ優先探索(DFS)と幅優先探索(BFS)について、実装方法をよく忘れてしまうので、ここに簡単な例題を解く際の実装例としてメモしておく。

今回は、以下のようなツリーをDFSとBFSで探索することにする。

深さ優先探索(DFS)では、以下の順番で探索する。
0 -> 1 -> 3 -> 4 -> 2 -> 5 ->6

幅優先探索(BFS)では、以下の順番で探索する。
0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6

上記のように探索して、探索結果を表示するプログラムをJavaで作成した。

• 深さ優先探索(DFS)

import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;

public class Dfs {

    public void execDfs(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            throw new IllegalArgumentException("Nothing to print because input tree is null.");
        }
        Deque<TreeNode> stack = new ArrayDeque<>();
        stack.push(root);
        while (!stack.isEmpty()) {
            TreeNode node = stack.pop();
            System.out.println(node.val);
            if (node.right != null) {
                stack.push(node.right);
            }
            if (node.left != null) {
                stack.push(node.left);
            }
        }
    }

    private static class TreeNode {
        int val;
        TreeNode left;
        TreeNode right;
        TreeNode(int x) { val = x; }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TreeNode root = new TreeNode(0);

        root.left = new TreeNode(1);
        root.left.left = new TreeNode(3);
        root.left.right = new TreeNode(4);

        root.right = new TreeNode(2);
        root.right.left = new TreeNode(5);
        root.right.right = new TreeNode(6);

        new Dfs().execDfs(root);
    }
}

これを実行すると、
0 -> 1 -> 3 -> 4 -> 2 -> 5 ->6
と表示される。
深さ優先探索では、スタックを使用するため、ArrayDeque をスタックとして使用している。

• 幅優先探索(BFS)

import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;

public class Bfs {

    public void execBfs(TreeNode root) {
        if (root == null) {
            throw new IllegalArgumentException("Nothing to print because input tree is null.");
        }
        Deque<TreeNode> queue = new ArrayDeque<>();
        queue.add(root);
        while (!queue.isEmpty()) {
            TreeNode node = queue.poll();
            System.out.println(node.val);
            if (node.left != null) {
                queue.add(node.left);
            }
            if (node.right != null) {
                queue.add(node.right);
            }
        }
    }

    private static class TreeNode {
        int val;
        TreeNode left;
        TreeNode right;
        TreeNode(int x) { val = x; }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TreeNode root = new TreeNode(0);

        root.left = new TreeNode(1);
        root.left.left = new TreeNode(3);
        root.left.right = new TreeNode(4);

        root.right = new TreeNode(2);
        root.right.left = new TreeNode(5);
        root.right.right = new TreeNode(6);

        new Bfs().execBfs(root);
    }
}

これを実行すると、
0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6
と表示される。
幅優先探索は、キューを使用するため、ArrayDeque をキューとして使用している。