探索深度与广度的平衡：迭代加深深度优先搜索技术解析

迭代加深深度优先搜索（IDDFS）的基本原理
伪代码
C语言实现
讨论
结论

迭代加深（Iterative Deepening Depth-First Search, IDDFS）是一种用于解决搜索问题的方法，它是深度优先搜索（Depth-First Search, DFS）和广度优先搜索（Breadth-First Search, BFS）的结合体。迭代加深结合了DFS的低内存消耗和BFS的完备性（即能够找到所有解）。在迭代加深搜索中，搜索者会重复进行深度限制的深度优先搜索，每次增加深度限制，直到找到目标状态。

在这里插入图片描述

迭代加深深度优先搜索（IDDFS）的基本原理

迭代加深搜索的基本思想是将深度限制逐渐增加，从0开始，每次增加一个单位，直到找到目标状态为止。在每次迭代中，它执行深度优先搜索，但限制了搜索的深度。如果搜索到某个深度时没有找到目标状态，就增加深度限制，并重新进行搜索。

伪代码

以下是迭代加深深度优先搜索的伪代码：

function IDDFS(problem)
    for depth from 0 to infinity do
        result ← DFS(problem, depth)
        if result is not failure then
            return result
        end if
    end for
end function

function DFS(problem, depth)
    if problem is solved then
        return solution
    end if
    if depth is 0 then
        return failure
    end if
    for each action in problem.actions do
        result ← DFS(problem.result(action), depth - 1)
        if result is not failure then
            return result
        end if
    end for
    return failure
end function

C语言实现

以下是迭代加深深度优先搜索的C语言实现示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct {
    // 问题的状态表示
    int state;
    // 其他可能的属性...
} Problem;

typedef struct {
    // 解的状态表示
    int state;
    // 其他可能的属性...
} Solution;

typedef enum { FAILURE, SUCCESS } Status;

Problem* new_problem(int state) {
    Problem* problem = (Problem*)malloc(sizeof(Problem));
    problem->state = state;
    // 初始化其他属性...
    return problem;
}

Solution* new_solution(int state) {
    Solution* solution = (Solution*)malloc(sizeof(Solution));
    solution->state = state;
    // 初始化其他属性...
    return solution;
}

Status DFS(Problem* problem, int depth) {
    if (is_solved(problem)) {
        return SUCCESS;
    }
    if (depth == 0) {
        return FAILURE;
    }
    for (int i = 0; i < problem->num_actions; ++i) {
        Problem* child = new_problem(problem->actions[i]);
        Status result = DFS(child, depth - 1);
        if (result == SUCCESS) {
            return SUCCESS;
        }
        free(child);
    }
    return FAILURE;
}

Solution* IDDFS(Problem* problem) {
    for (int depth = 0; ; ++depth) {
        Status result = DFS(problem, depth);
        if (result == SUCCESS) {
            return new_solution(problem->state);
        }
    }
}

int main() {
    // 创建问题实例
    Problem* problem = new_problem(0);
    // 执行迭代加深搜索
    Solution* solution = IDDFS(problem);
    if (solution != NULL) {
        printf("Found solution: %d\n", solution->state);
    } else {
        printf("No solution found.\n");
    }
    // 释放内存
    free(problem);
    free(solution);
    return 0;
}