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C++实现图的广度优先搜索(BFS) _ 队列实现与连通性判断【源码】

浅浩君_7960

浅浩君_7960

发布时间:2026-04-13 20:14:56

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来源于php中文网

原创

用std::queue实现BFS时,节点入队前必须检查visited标记,否则会导致重复入队、死循环;推荐用std::vector(下标即编号)或std::map记录访问状态,处理非连续编号图需先用std::set收集所有节点ID再BFS。

c++实现图的广度优先搜索(bfs) _ 队列实现与连通性判断【源码】

用 std::queue 实现 BFS 时,节点入队前必须检查是否已访问

不加访问标记直接入队会导致重复访问、死循环甚至栈溢出(对邻接表而言是无限入队)。C++ 中最简方式是用 std::vector<bool></bool> 或 std::unordered_set 记录状态,推荐前者——下标即节点编号,O(1) 查找且无哈希开销。

常见错误现象:queue 持续增长、程序卡死、输出路径重复或长度异常。

  • 初始化时把起点标记为 true,再入队
  • 每次从 queue 取出节点后,才遍历其邻接点
  • 对每个邻接点 v,仅当 !visited[v] 时标记并入队

邻接表 vs 邻接矩阵:BFS 的时间与空间取舍

邻接表适合稀疏图(边数 ≪ 节点数²),遍历所有邻接点的总代价是 O(V + E);邻接矩阵固定查 O(V) 行,BFS 总耗时升为 O(V²),但实现更直白——尤其适合节点数 ≤ 1000 且需频繁查两点是否连通的场景。

使用场景举例:

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  • 社交网络好友关系(稀疏)→ 用 std::vector<:vector>></:vector> 存邻接表
  • 网格地图连通性(如 50×50 方格)→ 邻接矩阵或坐标偏移法更易写
  • 若需多次 BFS(如多源起点),邻接表复用成本更低

判断图是否连通:一次 BFS 足够,但得确认访问节点数

无向图连通性 = 从任意起点出发 BFS 后,visited 中 true 的个数是否等于总节点数 n。注意:图可能不包含节点 0,或节点编号不连续(如输入含 2、5、7),此时不能只看 visited.size()。

C++14
C++14

C++14 对 C++11 的修正与增强版本,适合旧系统维护和较老工具链兼容。

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实操建议:

  • 读入边时同步记录所有出现过的节点 ID,存入 std::set<int></int> 或排序去重后的 std::vector
  • BFS 前用该集合大小作为预期连通节点数 expected_count
  • BFS 结束后统计 visited 中对应 ID 的 true 个数,比对即可

漏掉这步,遇到离散编号图会误判为“不连通”。

完整可运行片段:带输入解析的 BFS 连通性检测

以下代码处理无向图,支持非连续编号,使用邻接表 + std::queue,最后输出是否连通及访问顺序:

#include <iostream>
#include <queue>
#include <vector>
#include <set>
#include <map>
#include <algorithm>

int main() {
    int m; std::cin >> m; // 边数
    std::set<int> nodes;
    std::map<int, std::vector<int>> graph;

    for (int i = 0; i < m; ++i) {
        int u, v; std::cin >> u >> v;
        graph[u].push_back(v);
        graph[v].push_back(u);
        nodes.insert(u); nodes.insert(v);
    }

    if (nodes.empty()) {
        std::cout << "connected: true\n"; return 0;
    }

    std::vector<int> ids(nodes.begin(), nodes.end());
    std::map<int, bool> visited;
    for (int id : ids) visited[id] = false;

    std::queue<int> q;
    int start = ids[0];
    visited[start] = true;
    q.push(start);

    while (!q.empty()) {
        int u = q.front(); q.pop();
        for (int v : graph[u]) {
            if (!visited[v]) {
                visited[v] = true;
                q.push(v);
            }
        }
    }

    int cnt = 0;
    for (int id : ids) if (visited[id]) ++cnt;
    std::cout << "connected: " << (cnt == ids.size() ? "true" : "false") << "\n";
}

关键点:用 std::map<int bool></int> 替代数组索引,避免节点编号过大或稀疏导致内存浪费;std::set 自动去重排序,保证 ids 可靠。

真正容易被忽略的是输入阶段——没收集全节点集就直接跑 BFS,哪怕逻辑再正确,连通性判断也一定错。

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