தமிழ்

கிராப் அல்காரிதம்களின் அடிப்படைகளை ஆராய்ந்து, BFS மற்றும் DFS-ன் பயன்பாடுகள், சிக்கல்கள், மற்றும் நடைமுறைப் பயன்பாடுகளைப் புரிந்து கொள்ளுங்கள்.

கிராப் அல்காரிதம்கள்: அகல-முதல் தேடல் (BFS) மற்றும் ஆழ-முதல் தேடல் (DFS) பற்றிய ஒரு விரிவான ஒப்பீடு

கணினி அறிவியலுக்கு கிராப் அல்காரிதம்கள் அடிப்படையானவை, சமூக வலைப்பின்னல் பகுப்பாய்வு முதல் வழித்தடத் திட்டமிடல் வரையிலான சிக்கல்களுக்கு தீர்வுகளை வழங்குகின்றன. இவற்றின் மையத்தில், கிராஃப்களாகக் குறிப்பிடப்படும் ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்பட்ட தரவுகளைப் பயணிப்பதற்கும் பகுப்பாய்வு செய்வதற்கும் உள்ள திறன் உள்ளது. இந்த வலைப்பதிவு இடுகை இரண்டு மிக முக்கியமான கிராப் பயண அல்காரிதம்களான அகல-முதல் தேடல் (BFS) மற்றும் ஆழ-முதல் தேடல் (DFS) பற்றி ஆராய்கிறது.

கிராஃப்களைப் புரிந்துகொள்ளுதல்

நாம் BFS மற்றும் DFS-ஐ ஆராய்வதற்கு முன், கிராப் என்றால் என்ன என்பதைத் தெளிவுபடுத்துவோம். கிராப் என்பது ஒரு நேரியல் அல்லாத தரவுக் கட்டமைப்பாகும், இது முனைகள் (nodes என்றும் அழைக்கப்படுகிறது) மற்றும் இந்த முனைகளை இணைக்கும் விளிம்புகளின் தொகுப்பைக் கொண்டுள்ளது. கிராஃப்கள் பின்வருமாறு இருக்கலாம்:

நிஜ உலகச் சூழ்நிலைகளை மாதிரியாக்குவதில் கிராஃப்கள் எங்கும் காணப்படுகின்றன, அவை:

அகல-முதல் தேடல் (BFS)

அகல-முதல் தேடல் என்பது ஒரு கிராப் பயண அல்காரிதம் ஆகும், இது அடுத்த ஆழ மட்டத்தில் உள்ள முனைகளுக்குச் செல்வதற்கு முன், தற்போதைய ஆழத்தில் உள்ள அனைத்து அண்டை முனைகளையும் ஆராய்கிறது. சாராம்சத்தில், இது கிராஃபை அடுக்கு வாரியாக ஆராய்கிறது. ஒரு குளத்தில் ஒரு கூழாங்கல்லைப் போடுவதைப் போல இதை நினைத்துப் பாருங்கள்; சிற்றலைகள் (தேடலைக் குறிக்கும்) வெளிநோக்கி மைய வட்டங்களில் விரிகின்றன.

BFS எவ்வாறு செயல்படுகிறது

BFS முனை வருகைகளின் வரிசையை நிர்வகிக்க ஒரு வரிசை (queue) தரவுக் கட்டமைப்பைப் பயன்படுத்துகிறது. இதோ ஒரு படிப்படியான விளக்கம்:

  1. தொடக்கநிலை: ஒரு குறிப்பிட்ட மூல முனையிலிருந்து தொடங்கி, அதை விஜயம் செய்யப்பட்டதாகக் குறிக்கவும். மூல முனையை ஒரு வரிசையில் சேர்க்கவும்.
  2. சுழற்சி: வரிசை காலியாக இல்லாத வரை:
    • வரிசையிலிருந்து ஒரு முனையை நீக்கவும் (Dequeue).
    • நீக்கப்பட்ட முனையை விஜயம் செய்யவும் (எ.கா., அதன் தரவைச் செயலாக்கவும்).
    • நீக்கப்பட்ட முனையின் விஜயம் செய்யப்படாத அனைத்து அண்டை முனைகளையும் வரிசையில் சேர்த்து, அவற்றை விஜயம் செய்யப்பட்டதாகக் குறிக்கவும்.

BFS உதாரணம்

ஒரு சமூக வலைப்பின்னலைக் குறிக்கும் ஒரு எளிய திசையற்ற கிராஃபைக் கருத்தில் கொள்வோம். ஒரு குறிப்பிட்ட பயனருடன் (மூல முனை) இணைக்கப்பட்டுள்ள அனைத்து நபர்களையும் நாம் கண்டுபிடிக்க விரும்புகிறோம். நம்மிடம் A, B, C, D, E, மற்றும் F முனைகளும், A-B, A-C, B-D, C-E, E-F விளிம்புகளும் இருப்பதாகக் கொள்வோம்.

முனை A-இலிருந்து தொடங்குகிறது:

  1. A-ஐ வரிசைப்படுத்துக. வரிசை: [A]. விஜயம் செய்தவை: [A]
  2. A-ஐ நீக்குக. A-ஐ விஜயம் செய்க. B மற்றும் C-ஐ வரிசைப்படுத்துக. வரிசை: [B, C]. விஜயம் செய்தவை: [A, B, C]
  3. B-ஐ நீக்குக. B-ஐ விஜயம் செய்க. D-ஐ வரிசைப்படுத்துக. வரிசை: [C, D]. விஜயம் செய்தவை: [A, B, C, D]
  4. C-ஐ நீக்குக. C-ஐ விஜயம் செய்க. E-ஐ வரிசைப்படுத்துக. வரிசை: [D, E]. விஜயம் செய்தவை: [A, B, C, D, E]
  5. D-ஐ நீக்குக. D-ஐ விஜயம் செய்க. வரிசை: [E]. விஜயம் செய்தவை: [A, B, C, D, E]
  6. E-ஐ நீக்குக. E-ஐ விஜயம் செய்க. F-ஐ வரிசைப்படுத்துக. வரிசை: [F]. விஜயம் செய்தவை: [A, B, C, D, E, F]
  7. F-ஐ நீக்குக. F-ஐ விஜயம் செய்க. வரிசை: []. விஜயம் செய்தவை: [A, B, C, D, E, F]

BFS, A-இலிருந்து அடையக்கூடிய அனைத்து முனைகளையும் அடுக்கு வாரியாக முறையாக விஜயம் செய்கிறது: A -> (B, C) -> (D, E) -> F.

BFS பயன்பாடுகள்

BFS நேரம் மற்றும் இடச் சிக்கல்தன்மை

ஆழ-முதல் தேடல் (DFS)

ஆழ-முதல் தேடல் என்பது மற்றொரு அடிப்படை கிராப் பயண அல்காரிதம் ஆகும். BFS போலல்லாமல், DFS ஒவ்வொரு கிளையிலும் பின்வாங்குவதற்கு முன்பு முடிந்தவரை ஆராய்கிறது. இது ஒரு புதிரான பாதையை ஆராய்வது போன்றது; நீங்கள் ஒரு பாதையில் ஒரு முட்டுச்சந்து அடையும் வரை செல்கிறீர்கள், பின்னர் மற்றொரு பாதையை ஆராய பின்வாங்குகிறீர்கள்.

DFS எவ்வாறு செயல்படுகிறது

DFS பொதுவாக முனை வருகைகளின் வரிசையை நிர்வகிக்க சுழல்நிலை (recursion) அல்லது ஒரு அடுக்கு (stack) ஐப் பயன்படுத்துகிறது. இதோ ஒரு படிப்படியான கண்ணோட்டம் (சுழல்நிலை அணுகுமுறை):

  1. தொடக்கநிலை: ஒரு குறிப்பிட்ட மூல முனையிலிருந்து தொடங்கி, அதை விஜயம் செய்யப்பட்டதாகக் குறிக்கவும்.
  2. சுழல்நிலை: தற்போதைய முனையின் ஒவ்வொரு விஜயம் செய்யப்படாத அண்டை முனைக்கும்:
    • அந்த அண்டை முனையில் DFS-ஐ சுழல்நிலை முறையில் அழைக்கவும்.

DFS உதாரணம்

முன்பு பயன்படுத்திய அதே கிராஃபை பயன்படுத்துகிறோம்: A, B, C, D, E, மற்றும் F, விளிம்புகளுடன்: A-B, A-C, B-D, C-E, E-F.

முனை A-இலிருந்து தொடங்குகிறது (சுழல்நிலை):

  1. A-ஐ விஜயம் செய்க.
  2. B-ஐ விஜயம் செய்க.
  3. D-ஐ விஜயம் செய்க.
  4. B-க்கு பின்வாங்குக.
  5. A-க்கு பின்வாங்குக.
  6. C-ஐ விஜயம் செய்க.
  7. E-ஐ விஜயம் செய்க.
  8. F-ஐ விஜயம் செய்க.

DFS ஆழத்திற்கு முன்னுரிமை அளிக்கிறது: A -> B -> D பின்னர் பின்வாங்கி A மற்றும் C-இலிருந்து மற்ற பாதைகளை ஆராய்கிறது, பின்னர் E மற்றும் F.

DFS பயன்பாடுகள்

DFS நேரம் மற்றும் இடச் சிக்கல்தன்மை

BFS vs. DFS: ஒரு ஒப்பீட்டுப் பகுப்பாய்வு

BFS மற்றும் DFS இரண்டுமே அடிப்படை கிராப் பயண அல்காரிதம்களாக இருந்தாலும், அவற்றுக்கு வெவ்வேறு பலங்களும் பலவீனங்களும் உள்ளன. சரியான அல்காரிதத்தைத் தேர்ந்தெடுப்பது குறிப்பிட்ட சிக்கல் மற்றும் கிராஃபின் பண்புகளைப் பொறுத்தது.

அம்சம் அகல-முதல் தேடல் (BFS) ஆழ-முதல் தேடல் (DFS)
பயண வரிசை நிலை வாரியாக (அகல வாரியாக) கிளை வாரியாக (ஆழ வாரியாக)
தரவுக் கட்டமைப்பு வரிசை (Queue) அடுக்கு (Stack) (அல்லது சுழல்நிலை)
குறுகிய பாதை (எடையற்ற கிராஃப்கள்) உத்தரவாதம் உத்தரவாதமில்லை
நினைவகப் பயன்பாடு கிராஃபின் ஒவ்வொரு மட்டத்திலும் பல இணைப்புகள் இருந்தால் அதிக நினைவகத்தைப் பயன்படுத்தலாம். குறிப்பாக அடர்த்தியற்ற கிராஃப்களில் குறைந்த நினைவகத்தைப் பயன்படுத்தலாம், ஆனால் சுழல்நிலை ஸ்டாக் ஓவர்ஃப்ளோ பிழைகளுக்கு வழிவகுக்கும்.
சுழற்சி கண்டறிதல் பயன்படுத்தலாம், ஆனால் DFS பெரும்பாலும் எளிமையானது. திறம்பட செயல்படும்
பயன்பாட்டுச் சூழல்கள் குறுகிய பாதை, நிலை-வரிசை பயணம், நெட்வொர்க் ஊடுருவல். பாதை கண்டறிதல், சுழற்சி கண்டறிதல், இடவியல் வரிசையாக்கம்.

நடைமுறை உதாரணங்கள் மற்றும் பரிசீலனைகள்

வேறுபாடுகளை விளக்கி, நடைமுறை உதாரணங்களைக் கருத்தில் கொள்வோம்:

உதாரணம் 1: ஒரு வரைபடப் பயன்பாட்டில் இரண்டு நகரங்களுக்கு இடையே குறுகிய பாதையைக் கண்டறிதல்.

சூழல்: உலகெங்கிலும் உள்ள பயனர்களுக்காக நீங்கள் ஒரு வழிசெலுத்தல் செயலியை உருவாக்குகிறீர்கள். கிராஃப் நகரங்களை முனைகளாகவும், சாலைகளை விளிம்புகளாகவும் (தூரம் அல்லது பயண நேரத்தால் எடையிடப்படலாம்) குறிக்கிறது.

தீர்வு: எடையற்ற கிராஃபில் குறுகிய பாதையை (பயணிக்கப்பட்ட சாலைகளின் எண்ணிக்கையின் அடிப்படையில்) கண்டறிய BFS சிறந்த தேர்வாகும். உங்களிடம் எடையிடப்பட்ட கிராஃப் இருந்தால், நீங்கள் டிஜ்க்ஸ்ட்ராவின் அல்காரிதம் அல்லது A* தேடலைக் கருத்தில் கொள்வீர்கள், ஆனால் ஒரு தொடக்கப் புள்ளியிலிருந்து வெளிப்புறமாகத் தேடும் கொள்கை BFS மற்றும் இந்த மேம்பட்ட அல்காரிதம்கள் இரண்டிற்கும் பொருந்தும்.

உதாரணம் 2: செல்வாக்கு செலுத்துபவர்களை அடையாளம் காண ஒரு சமூக வலைப்பின்னலைப் பகுப்பாய்வு செய்தல்.

சூழல்: ஒரு சமூக வலைப்பின்னலில் (எ.கா., ட்விட்டர், பேஸ்புக்) அவர்களின் இணைப்புகள் மற்றும் சென்றடைவின் அடிப்படையில் மிகவும் செல்வாக்கு மிக்க பயனர்களை நீங்கள் அடையாளம் காண விரும்புகிறீர்கள்.

தீர்வு: சமூகங்களைக் கண்டறிவது போன்ற நெட்வொர்க்கை ஆராய்வதற்கு DFS பயனுள்ளதாக இருக்கும். நீங்கள் BFS அல்லது DFS-இன் மாற்றியமைக்கப்பட்ட பதிப்பைப் பயன்படுத்தலாம். செல்வாக்கு செலுத்துபவர்களை அடையாளம் காண, நீங்கள் கிராப் பயணத்தை மற்ற அளவீடுகளுடன் (பின்தொடர்பவர்களின் எண்ணிக்கை, ஈடுபாட்டு நிலைகள் போன்றவை) இணைக்க வேண்டும். பெரும்பாலும், PageRank போன்ற கிராப் அடிப்படையிலான அல்காரிதம் பயன்படுத்தப்படும்.

உதாரணம் 3: பாடநெறி திட்டமிடல் சார்புநிலைகள்.

சூழல்: ஒரு பல்கலைக்கழகம், முன்நிபந்தனைகளைக் கருத்தில் கொண்டு, படிப்புகளை வழங்க வேண்டிய சரியான வரிசையைத் தீர்மானிக்க வேண்டும்.

தீர்வு: பொதுவாக DFS ஐப் பயன்படுத்தி செயல்படுத்தப்படும் இடவியல் வரிசையாக்கம் சிறந்த தீர்வாகும். இது அனைத்து முன்நிபந்தனைகளையும் பூர்த்தி செய்யும் வரிசையில் படிப்புகள் எடுக்கப்படுவதை உறுதி செய்கிறது.

செயல்படுத்தல் குறிப்புகள் மற்றும் சிறந்த நடைமுறைகள்

முடிவுரை

BFS மற்றும் DFS சக்திவாய்ந்த மற்றும் பல்துறை கிராப் பயண அல்காரிதம்கள் ஆகும். அவற்றின் வேறுபாடுகள், பலங்கள் மற்றும் பலவீனங்களைப் புரிந்துகொள்வது எந்தவொரு கணினி விஞ்ஞானி அல்லது மென்பொருள் பொறியாளருக்கும் முக்கியமானது. கையில் உள்ள பணிக்கு பொருத்தமான அல்காரிதத்தைத் தேர்ந்தெடுப்பதன் மூலம், நீங்கள் பரந்த அளவிலான நிஜ உலகப் சிக்கல்களைத் திறமையாகத் தீர்க்க முடியும். உங்கள் முடிவை எடுக்கும்போது கிராஃபின் தன்மை (எடையிடப்பட்டதா அல்லது எடையற்றதா, திசைப்படுத்தப்பட்டதா அல்லது திசையற்றதா), விரும்பிய வெளியீடு (குறுகிய பாதை, சுழற்சி கண்டறிதல், இடவியல் வரிசை), மற்றும் செயல்திறன் கட்டுப்பாடுகள் (நினைவகம் மற்றும் நேரம்) ஆகியவற்றைக் கவனியுங்கள்.

கிராப் அல்காரிதம்களின் உலகத்தை அரவணைத்துக் கொள்ளுங்கள், மேலும் சிக்கலான சிக்கல்களை நேர்த்தியுடனும் திறமையுடனும் தீர்க்கும் திறனை நீங்கள் திறப்பீர்கள். உலகளாவிய விநியோகச் சங்கிலிகளுக்கான தளவாடங்களை மேம்படுத்துவது முதல் மனித மூளையின் சிக்கலான இணைப்புகளை வரைபடமாக்குவது வரை, இந்த கருவிகள் உலகத்தைப் பற்றிய நமது புரிதலைத் தொடர்ந்து வடிவமைக்கின்றன.