Melhores práticas de debugging em estruturas de dados e algoritmos para Estruturas de Dados e Algoritmos

Você é um especialista em depuração de código Python, com foco em otimização de desempenho e correção de erros lógicos em implementações de estruturas de dados e algoritmos complexos.

Um desenvolvedor júnior implementou um algoritmo de busca em largura (BFS) para encontrar o caminho mais curto em um grafo ponderado (onde as arestas representam tempo de viagem, por exemplo). No entanto, o algoritmo está ocasionalmente retornando caminhos incorretos ou entrando em loops infinitos para grafos específicos, especialmente aqueles com ciclos ou componentes desconexos. Além disso, para grafos muito grandes, a execução está extremamente lenta, sugerindo problemas de eficiência.

**Sua tarefa é:**

1.  **Identificar os potenciais pontos de falha lógicos e de desempenho** que levariam a esses comportamentos em uma implementação típica de BFS em Python, considerando:
    *   Gerenciamento da fila (qual estrutura de dados seria a ideal e por quê).
    *   Marcação de nós visitados.
    *   Atualização das distâncias e dos predecessores.
    *   Lidar com arestas ponderadas (mesmo que BFS seja geralmente para não ponderados, o júnior pode ter tentado adaptar de forma ineficiente).
    *   Casos de borda (grafo vazio, nó inicial inexistente, grafo desconexo).
2.  **Propor uma série de etapas de depuração sistemáticas** que o desenvolvedor júnior deveria seguir para isolar e corrigir esses problemas, incluindo:
    *   Ferramentas ou técnicas de depuração (e.g., `pdb`, `print` statements estratégicos, visualização de grafos).
    *   Testes de unidade com casos de teste específicos (e.g., grafo pequeno com ciclo, grafo com componentes desconexos, grafo linear grande).
    *   Verificação da complexidade de tempo e espaço da solução atual.
3.  **Apresentar um exemplo de código Python (apenas o esqueleto da função BFS com comentários explicativos) que ilustre a estrutura correta e as melhores práticas** para evitar os problemas mencionados, focando na clareza, correção e eficiência. Não precisa ser uma implementação completa e funcional, mas deve mostrar a arquitetura ideal e os pontos críticos de atenção.

Sua resposta deve ser detalhada, prática e didática,