Bidirectional Breadth Search - 双向广度搜索

问题

在$n \times m$的二维方格图$s$中用双向广度搜索从$beg$点移动到$end$点。

解法

双向广度优先搜索是在广度优先搜索基础上的一个变种，搜索速度更快。该算法从$beg$和$end$两个点开始，同时进行广度优先搜索，两边的点在某一处相遇，即可得到一条从$beg$到$end$的路径。

初始时将$beg$和$end$分别加入两个队列$bq$和$eq$中。每次分别从$bq$和$eq$队列中取出节点$x$和$y$进行访问，在节点加入$bq$之前将其染成红色，加入$eq$之前其染成蓝色。若$x$取出后发现已被染成蓝色，说明$x$被$eq$访问过，或$y$取出后发现其已被染成红色，说明$y$被$bq$访问过。说明两个队列在此处相遇，算法结束。

在$5 \times 4$的二维方格$s$中，从$beg = [1,0]$移动到$end = [4,3]$的过程如下：

$(1)$ 初始时，将$beg = [1,0]$染红并加入$bq$中，将$end = [4,3]$染蓝并加入$eq$；

$(2)$ 从$bq$中取出头节点$[1,0]$，将其四周未被染色的邻节点$[0,0], [1,1], [2,0]$染红并加入$bq$中。从$eq$中取出头节点$[4,3]$，将其四周未被染色的邻节点$[4,2], [3,3]$染蓝并加入$eq$中；

$(3)$ 从$bq$中取出头节点$[0,0]$，将其四周未被染色的邻节点$[0,1]$染红并加入$bq$中。从$eq$中取出头节点$[4,2]$，将其四周未被染色的邻节点$[4,1], [3,2]$染蓝并加入$eq$中；

$$\cdots$$

$(4)$ 从$bq$中取出头节点$[2,1]$，其邻节点$[2,2], [1,3]$已经被染蓝（已经被$eq$访问过）。因此$[2,2], [1,3]$为$bq$和$eq$相遇的位置，算法结束；

对于二维方格$s$，广度优先搜索从$beg$点遍历到$end$点的过程一般是从$beg$向四周发散开，一直到达$end$点。而双向广度优先搜索则是从$beg$和$end$两个点分别发散开，在中间相遇。

双向广度搜索的时间复杂度与广度优先搜索一样，也是$O(n \times m)$。

源码

BidirectionalBreadthSearch.h

BidirectionalBreadthSearch.cpp

测试

BidirectionalBreadthSearchTest.cpp