Der Tiefensuche-Algorithmus (Depth-First Search, DFS) ist ein Algorithmus, mit dem ein Knoten in einem Baum gefunden wird. Dies bedeutet, dass der Algorithmus bei einer gegebenen Baumdatenstruktur den ersten Knoten in diesem Baum zurückgibt, der der angegebenen Bedingung entspricht (d. H. Gleich einem Wert ist). Die Kanten müssen ungewichtet sein. Dieser Algorithmus kann auch mit ungewichteten Diagrammen arbeiten, wenn ein Mechanismus zum Verfolgen bereits besuchter Knoten hinzugefügt wird.

Beschreibung des Algorithmus

Das Grundprinzip des Algorithmus besteht darin, mit einem Startknoten zu beginnen und dann das erste untergeordnete Element dieses Knotens zu betrachten. Anschließend wird das erste untergeordnete Element dieses Knotens (Enkel des Startknotens) usw. angezeigt, bis ein Knoten keine untergeordneten Elemente mehr hat (wir haben einen Blattknoten erreicht). Es geht dann eine Ebene höher und schaut auf das nächste Kind. Wenn keine Kinder mehr vorhanden sind, wird eine weitere Ebene erhöht, bis weitere Kinder gefunden werden oder der Startknoten erreicht wird. Wenn der Zielknoten nach der Rückkehr vom letzten untergeordneten Element des Startknotens nicht gefunden wurde, kann der Zielknoten nicht gefunden werden, da bis dahin alle Knoten durchlaufen wurden.

Im Einzelnen sind dies die folgenden Schritte:

1. Für jedes Kind des aktuellen Knotens
2. Wenn es sich um den Zielknoten handelt, kehren Sie zurück. Der Knoten wurde gefunden.
3. Setzen Sie den aktuellen Knoten auf diesen Knoten und kehren Sie zu 1 zurück.
4. Wenn keine untergeordneten Knoten mehr zu besuchen sind, kehren Sie zum übergeordneten Knoten zurück.
5. Wenn der Knoten kein übergeordnetes Element hat (d. H. Es ist die Wurzel), kehren Sie zurück. Der Knoten wurde nicht gefunden.

Beispiel des Algorithmus

Betrachten Sie den folgenden Baum:

Die Schritte, die der Algorithmus für diesen Baum ausführt, wenn der Knoten 0 als Startpunkt angegeben wird, sind:

1. Besuche Knoten 0
2. Besuche Knoten 1
3. Besuche Knoten 3
4. Ging durch alle Kinder von 3 Jahren und kehrte zu seinen Eltern zurück.
5. Besuche Knoten 4
6. Ging durch alle Kinder von 4 Jahren und kehrte zu seinen Eltern zurück.
7. Ging durch alle Kinder von 1 und kehrte zu seinem Elternteil zurück.
8. Besuche Knoten 2
9. Besuche Knoten 5
10. Ging durch alle Kinder von 5 Jahren und kehrte zu seinen Eltern zurück.
11. Besuche Knoten 6
12. Den Knoten gefunden, den wir suchen!

Laufzeit des Algorithmus

Die Laufzeit der regulären Tiefensuche (DFS) beträgt O(|N|) (|N| = Anzahl der Knoten im Baum), da jeder Knoten höchstens einmal durchlaufen wird. Die Anzahl der Knoten ist gleich b^d, wobei b der Verzweigungsfaktor und d die Tiefe ist, sodass die Laufzeit als O(b^d) umgeschrieben werden kann.

Speicherkomplexität des Algorithmus

Die Speicherkomplexität der Tiefensuche (Depth-First Search, DFS) ist, wenn wir den Baum selbst ausschließen, O(d), wobei d die Tiefe ist, die auch die Größe des Aufrufstapels bei maximaler Tiefe ist. Wenn wir den Baum einschließen, entspricht die Speicherplatzkomplexität der Laufzeitkomplexität, da jeder Knoten gespeichert werden muss.

Python

Python™ ist eine interpretierte Sprache, die für viele Zwecke verwendet wird, von der eingebetteten Programmierung bis zur Webentwicklung, wobei einer der größten Anwendungsfälle die Datenwissenschaft ist.

In Python zu “Hello World”

Das Wichtigste zuerst - so können Sie Ihre erste Codezeile in Python ausführen:

1. Laden Sie die neueste Version von Python von python.org herunter und installieren Sie sie. Sie können auch eine frühere Version herunterladen, wenn Ihr Anwendungsfall dies erfordert. Viele Technologien erfordern dies aufgrund der mit Python 3 eingeführten Änderungen weiterhin.
2. Öffnen Sie ein Terminal, stellen Sie sicher, dass der Befehl “python” oder “python3” funktioniert und dass der Befehl, den Sie verwenden, sich auf die Version bezieht, die Sie gerade installiert haben, indem Sie “python3 —version” oder “python —version” ausführen. Wenn der Fehler “Befehl nicht gefunden” (oder ähnliches) angezeigt wird, starten Sie die Befehlszeile, und, falls dies nicht hilft, Ihren Computer neu. Wenn das Problem weiterhin besteht, finden Sie hier einige hilfreiche Fragen zu StackOverflow für Windows, Mac und Linux.
3. Sobald dies funktioniert, können Sie das folgende Snippet ausführen: print("Hello World"). Sie haben zwei Möglichkeiten, dies auszuführen: 3.1 Führen Sie “python” in der Befehlszeile aus, fügen Sie einfach das Code-Snippet ein und drücken Sie die Eingabetaste (Drücken Sie “STRG + D” oder schreiben Sie “exit ()” und drücken Sie die Eingabetaste, um das Programm zu beenden). 3.2 Speichern Sie das Snippet in einer Datei und nennen Sie es etwas, das mit “.py” endet, z.B. hello_world.py und führepython path / to / hello_world.py aus. Tipp: Verwenden Sie den Befehl ls (dir in Windows), um herauszufinden, welche Dateien sich in dem Ordner befinden, in dem sich Ihre Befehlszeile gerade befindet.

Das wars schon! Beachten Sie, dass das Drucken von etwas auf die Konsole in Python nur eine einzige Zeile ist - diese niedrige Eintrittsbarriere und das Fehlen von erforderlichem Boilerplate-Code machen einen großen Teil der Attraktivität von Python aus.

Grundlagen in Python

Um in Python implementierte Algorithmen und Technologien zu verstehen, muss man zunächst verstehen, wie grundlegende Programmierkonzepte in dieser bestimmten Sprache aussehen.

Variablen und Arithmetik

Variablen in Python sind wirklich einfach. Sie müssen weder einen Datentyp deklarieren noch deklarieren, dass Sie eine Variable definieren. Python weiß das implizit.

a = 1
b = {'c':2}

print(a + b['c']) # prints 3

Arrays

Das Arbeiten mit Arrays ist in Python ähnlich einfach:

arr = ["Hello", "World"]

print(arr[0]) # Hello
print(arr[1]) # World
# print(arr[2]) # IndexError

arr.append("!")

print(arr[2]) # !

Wie diejenigen von Ihnen, die mit anderen Programmiersprachen wie Java vertraut sind, möglicherweise bereits bemerkt haben, handelt es sich nicht um native Arrays, sondern um Listen, die wie Arrays gekleidet sind. Dies wird durch die Tatsache deutlich, dass keine Größe angegeben werden muss und Elemente nach Belieben angehängt werden können. Tatsächlich druckt print (type (arr)) <class ‘list’> `. Dies bedeutet, dass Arrays in Python erheblich langsamer sind als in Programmiersprachen niedrigerer Ebene. Es gibt jedoch Pakete wie numpy, die echte Arrays implementieren, die erheblich schneller sind.

Bedingungen

Wie die meisten Programmiersprachen kann Python “if-else”-Anweisungen ausführen:

value = 1
if value==1:
    print("Value is 1")
elif value==2:
    print("Value is 2")
else:
    print("Value is something else")

Python hat jedoch keine “case”-Anweisungen, die andere Sprachen wie Java haben. Meiner Meinung nach kann dies durch die Einfachheit der “if”-Anweisungen entschuldigt werden, die den “syntaktischen Zucker” von “case” -Anweisungen überflüssig machen.

Schleifen

Python unterstützt sowohl “for” - als auch “while” -Schleifen sowie “break” - und “continue” -Anweisungen. Es gibt zwar keine “do-while” -Schleifen, aber eine Reihe von integrierten Funktionen, die das Schleifen sehr bequem machen, wie “enumerate” oder “range”. Hier sind einige Beispiele:

value = 10
while value > 0:
    print(value)
    value -= 1

for index, character in enumerate("banana"):
    print("The %d-th letter is a %s" % (index + 1, character))

Beachten Sie, dass Python nicht die gemeinsame Iteratorvariablensyntax anderer Sprachen verwendet (z. B. for (int i = 0; i <arr.length; i ++) in Java) - hierfür kann die Funktion enumerate verwendet werden.

Funktionen

Funktionen in Python sind einfach zu definieren und erfordern zum Guten oder Schlechten keine Angabe von Rückgabe- oder Argumenttypen. Optional kann ein Standardwert für Argumente angegeben werden:

def print_something(something="Hello World"):
    print(something)
    return "Success"

print_something()
print(print_something("banana"))

 (Dies druckt “Hallo Welt”, “Banane” und dann “Erfolg”)

Syntax

Sie haben vielleicht bemerkt, dass Python keine geschweiften Klammern ({}) verwendet, um Codeblöcke in Bedingungen, Schleifen, Funktionen usw. zu umgeben. Dies liegt daran, dass Python als Teil seiner Syntax von Einrückungen (Leerzeichen) abhängt. Während Sie in Java beliebig viele Leerzeichen (Leerzeichen, Tabulatoren, Zeilenumbrüche) hinzufügen und löschen können, ohne das Programm zu ändern, wird die Syntax in Python dadurch unterbrochen. Dies bedeutet auch, dass keine Semikolons erforderlich sind, was in anderen Sprachen ein häufiger Syntaxfehler ist.

Fortgeschrittene Kenntnisse in Python

Python wurde erstmals 1990 veröffentlicht und ist ein Multi-Paradigma. Das bedeutet, dass es in erster Linie zwingend und funktional ist, aber auch objektorientierte und reflektierende Elemente enthält. Es ist dynamisch typisiert, bietet jedoch seit Version 3.5 Syntax für die schrittweise Eingabe. Für weitere Informationen hat Python einen großartigen Artikel Wikipedia.