[알고리즘] BFS(너비 우선 탐색)(Python)

* 개요

BFS로 탐색했을 경우의 탐색 순서

BFS 알고리즘은 너비 우선 탐색이라는 의미를 가진다. 쉽게 말해 가까운 노드부터 탐색하는 알고리즘이다. DFS는 최대한 멀리 있는 노드를 우선으로 탐색하는 방식으로 동작하는데, BFS는 그 반대라고 할 수 있다. BFS의 구현은 선입선출 방식인 큐 자료구조를 이용하는 것이 정석이다. 인접한 노드를 반복적으로 큐에 넣도록 알고리즘을 작성하면 자연스럽게 먼저 들어온 것이 먼저 나가게 되어, 가까운 노드부터 탐색을 진행하게 된다. BFS 알고리즘의 정확한 동작 방식은 다음과 같다.

1. 탐색 시작 노드를 큐에 삽입하고 방문 처리를 한다.
2. 큐에서 노드를 꺼내 해당 노드의 인접 노드 중에서 방문하지 않은 노드를 모두 큐에 삽입하고 방문 처리를 한다.
3. 2번의 과정을 더 이상 수행할 수 없을 때까지 반복한다.

너비 우선 탐색 알고리즘은 BFS는 큐 자료구조에 기초한다는 점에서 구현이 간단하다. 실제로 구현함에 있어 deque 라이브러리를 사용하는 것이 좋으며 탐색을 수행함에 있어 O(N)의 시간이 소요된다. 일반적인 경우 실제 수행 시간은 DFS보다 좋은 편이다.

from collections import deque

def bfs(graph, start, visited) :
    # deque 생성
    queue = deque([start])
    # 현재 노드 방문 처리
    visited[start] = True
    # 큐가 빌 때까지 반복
    while queue :
        v = queue.popleft()
        print(v, end = ' ')
        # 해당 원소와 연결되면서 방문하지 않은 원소 큐에 삽입
        for i in graph[v] :
            if not visited[i] :
                queue.append(i)
                visited[i] = True

graph = [
    [],
    [2, 3, 8],
    [1, 7],
    [1, 4, 5],
    [3, 5],
    [3, 4],
    [7],
    [2, 6, 8],
    [1, 7]
]

# 각 노드가 방문된 정보를 리스트 자료형으로 표현(1차원 리스트)
visited = [False] * 9

bfs(graph, 1, visited) # 1 2 3 8 7 4 5 6