Java迷宫游戏

缘起：

　　去年（大三上学期）比较喜欢写小游戏，于是想试着写个迷宫试一下。

程序效果：

按下空格显示路径：

思考过程：

　　迷宫由一个一个格子组成，要求从入口到出口只有一条路径.

　　想了一下各种数据结构，似乎树是比较合适的，从根节点到每一个子节点都只有一条路径。假设入口是根节点，出口是树中某个子节点，那么，从根节点到该子节点的路径肯定是唯一的。

　　所以如果能构造一棵树把所有的格子都覆盖到，也就能够做出一个迷宫了。

　　另外还要求树的父节点和子节点必须是界面上相邻的格子。

　　在界面显示时，父节点和子节点之间共用的边不画，其他的边都画出来，就能画出一个迷宫。

　　之后就是想一下该怎么实现这样一棵树。

　　首要的两个问题：

　　　　1、树怎么表示？

　　　　2、怎么构造这棵树？

　　

　　1.树怎么表示？

　　假设像写二叉树一样实现这棵树，那么每个树节点里就要存储一个坐标（X,Y）表示一个格子，另外还要存储四个指针。指针中有的为空，有的不为空，不为空的指针指向子节点，子节点保存邻居格子的坐标。这样做最大的问题是无法判定是否所有的格子都在树中。也许还要用一个二维数组作标志数组。

　　假如用二维数组表示迷宫的格子。每个数组元素存储一个指向父节点的引用，这样也可以形成一个虚拟的树。于是就用一个N*N的二维数组，表示N*N个格子，每个数组元素(Lattice)中有一个指向父节点的引用(father)。另外，为了能方便的获取格子的坐标，还要保存坐标信息。

　　2.怎么构造这棵树？

　　首先选定一个格子作为根节点。为了让迷宫的形状够随机，我选择随机生成一个坐标作为根节点。其实，选择确定的一个坐标也可以。

　　然后，怎样往这棵树上增加节点呢？

　　在这里我走了不少弯路，一开始想的是一种现在看来类似回溯的算法（当时还不知道回溯算法。。），但是时间复杂度很高，大概当迷宫为64*64的时候，算法就不出结果了。

　　然后，又使用了一种扫深度搜索也是回溯描的方法，每次扫描在当前树中找一个节点，看它的邻居格子是否在树中，如果还没在树中，就将该邻居格子加入树中，如果已在树中，就看下一个邻居格子，如果该节点所有邻居格子都在树中了，就找下一个节点，继续同样的操作。另外为了让迷宫生成的随机，扫描的起始位置是随机的就可以了。但是，该方法生成的迷宫中的路径总是不够深，没有我想要的曲折深入的效果。毕竟是类似广度搜索的方法。而且，这样做总还像是靠蛮力，算法不够聪明简洁。

　　最后，我终于想到使用深度搜索。。大概是因为数据结构已经学过了一年，又没太练，忘了不少，所以一直没想到这个应该第一想到的方法。。

　　随机选择一个格子作为根节点，从它开始随机地深度搜索前进，开出一条路来，直到无路可走了，退回一步，换另一条路，再走到无路可走，回退一步，换另一条……如此循环往复，直到完全无路可走。。。其实也还是回溯。

　　在程序里就是以下过程（详见代码中的createMaze()函数）：

　　　　随机选择一个格子作为根节点，将它压进栈里。

　　　　然后在栈不为空的时候执行以下循环：

　　　　　　取出一个格子，将它的INTREE标志设置为1，然后将它的所有不在树中的邻居格子压进栈里（顺序随机），并且让这些邻居格子的father指向该格子。

　　

　　解决了这两个问题，其余的画迷宫、显示路径、小球移动也就比较简单了。

代码：

 package maze;

 import java.awt.Color;
 import java.awt.Graphics;
 import java.awt.event.KeyAdapter;
 import java.awt.event.KeyEvent;
 import java.util.Random;
 import java.util.Stack;
 import javax.swing.JFrame;
 import javax.swing.JOptionPane;
 import javax.swing.JPanel;
 class Lattice {
     static final int INTREE = 1;
     static final int NOTINTREE = 0;
     private int x = -1;
     private int y = -1;
     private int flag = NOTINTREE;
     private Lattice father = null;
     public Lattice(int xx, int yy) {
         x = xx;
         y = yy;
     }
     public int getX() {
         return x;
     }
     public int getY() {
         return y;
     }
     public int getFlag() {
         return flag;
     }
     public Lattice getFather() {
         return father;
     }
     public void setFather(Lattice f) {
         father = f;
     }
     public void setFlag(int f) {
         flag = f;
     }
     public String toString() {
         return new String("(" + x + "," + y + ")\n");
     }
 }
 public class Maze extends JPanel {
     private static final long serialVersionUID = -8300339045454852626L;
     private int NUM, width, padding;// width 每个格子的宽度和高度
     private Lattice[][] maze;
     private int ballX, ballY;
     private boolean drawPath = false;
     Maze(int m, int wi, int p) {
         NUM = m;
         width = wi;
         padding = p;
         maze = new Lattice[NUM][NUM];
         for (int i = 0; i <= NUM - 1; i++)
             for (int j = 0; j <= NUM - 1; j++)
                 maze[i][j] = new Lattice(i, j);
         createMaze();
         setKeyListener();
         this.setFocusable(true);
     }
     private void init() {
         for (int i = 0; i <= NUM - 1; i++)
             for (int j = 0; j <= NUM - 1; j++) {
                 maze[i][j].setFather(null);
                 maze[i][j].setFlag(Lattice.NOTINTREE);
             }
         ballX = 0;
         ballY = 0;
         drawPath = false;
         createMaze();
         // setKeyListener();
         this.setFocusable(true);
         repaint();
     }
     public int getCenterX(int x) {
         return padding + x * width + width / 2;
     }
     public int getCenterY(int y) {
         return padding + y * width + width / 2;
     }

     public int getCenterX(Lattice p) {
         return padding + p.getY() * width + width / 2;
     }
     public int getCenterY(Lattice p) {
         return padding + p.getX() * width + width / 2;
     }
     private void checkIsWin() {
         if (ballX == NUM - 1 && ballY == NUM - 1) {
             JOptionPane.showMessageDialog(null, "YOU WIN !", "你走出了迷宫。",
                     JOptionPane.PLAIN_MESSAGE);
             init();
         }
     }
     synchronized private void move(int c) {
         int tx = ballX, ty = ballY;
         // System.out.println(c);
         switch (c) {
             case KeyEvent.VK_LEFT :
                 ty--;
                 break;
             case KeyEvent.VK_RIGHT :
                 ty++;
                 break;
             case KeyEvent.VK_UP :
                 tx--;
                 break;
             case KeyEvent.VK_DOWN :
                 tx++;
                 break;
             case KeyEvent.VK_SPACE :
                 if (drawPath == true) {
                     drawPath = false;
                 } else {
                     drawPath = true;
                 }
                 break;
             default :
         }
         if (!isOutOfBorder(tx, ty)
                 && (maze[tx][ty].getFather() == maze[ballX][ballY]
                         || maze[ballX][ballY].getFather() == maze[tx][ty])) {
             ballX = tx;
             ballY = ty;
         }
     }
     private void setKeyListener() {
         this.addKeyListener(new KeyAdapter() {
             public void keyPressed(KeyEvent e) {
                 int c = e.getKeyCode();
                 move(c);
                 repaint();
                 checkIsWin();

             }
         });
     }
     private boolean isOutOfBorder(Lattice p) {
         return isOutOfBorder(p.getX(), p.getY());
     }
     private boolean isOutOfBorder(int x, int y) {
         return (x > NUM - 1 || y > NUM - 1 || x < 0 || y < 0) ? true : false;
     }
     private Lattice[] getNeis(Lattice p) {
         final int[] adds = {-1, 0, 1, 0, -1};// 顺序为上右下左
         if (isOutOfBorder(p)) {
             return null;
         }
         Lattice[] ps = new Lattice[4];// 顺序为上右下左
         int xt;
         int yt;
         for (int i = 0; i <= 3; i++) {
             xt = p.getX() + adds[i];
             yt = p.getY() + adds[i + 1];
             if (isOutOfBorder(xt, yt))
                 continue;
             ps[i] = maze[xt][yt];
         }
         return ps;
     }
     private void createMaze() {
         Random random = new Random();
         int rx = Math.abs(random.nextInt()) % NUM;
         int ry = Math.abs(random.nextInt()) % NUM;
         Stack<Lattice> s = new Stack<Lattice>();
         Lattice p = maze[rx][ry];
         Lattice neis[] = null;
         s.push(p);
         while (!s.isEmpty()) {
             p = s.pop();
             p.setFlag(Lattice.INTREE);
             neis = getNeis(p);
             int ran = Math.abs(random.nextInt()) % 4;
             for (int a = 0; a <= 3; a++) {
                 ran++;
                 ran %= 4;
                 if (neis[ran] == null || neis[ran].getFlag() == Lattice.INTREE)
                     continue;
                 s.push(neis[ran]);
                 neis[ran].setFather(p);
             }
         }
         // changeFather(maze[0][0],null);
     }
     private void changeFather(Lattice p, Lattice f) {
         if (p.getFather() == null) {
             p.setFather(f);
             return;
         } else {
             changeFather(p.getFather(), p);
         }
     }
     private void clearFence(int i, int j, int fx, int fy, Graphics g) {
         int sx = padding + ((j > fy ? j : fy) * width),
                 sy = padding + ((i > fx ? i : fx) * width),
                 dx = (i == fx ? sx : sx + width),
                 dy = (i == fx ? sy + width : sy);
         if (sx != dx) {
             sx++;
             dx--;
         } else {
             sy++;
             dy--;
         }
         g.drawLine(sx, sy, dx, dy);
     }
     protected void paintComponent(Graphics g) {
         super.paintComponent(g);
         for (int i = 0; i <= NUM; i++) {
             g.drawLine(padding + i * width, padding, padding + i * width,
                     padding + NUM * width);
         }
         for (int j = 0; j <= NUM; j++) {
             g.drawLine(padding, padding + j * width, padding + NUM * width,
                     padding + j * width);
         }
         g.setColor(this.getBackground());
         for (int i = NUM - 1; i >= 0; i--) {
             for (int j = NUM - 1; j >= 0; j--) {
                 Lattice f = maze[i][j].getFather();
                 if (f != null) {
                     int fx = f.getX(), fy = f.getY();
                     clearFence(i, j, fx, fy, g);
                 }
             }
         }
         g.drawLine(padding, padding + 1, padding, padding + width - 1);
         int last = padding + NUM * width;
         g.drawLine(last, last - 1, last, last - width + 1);
         g.setColor(Color.RED);
         g.fillOval(getCenterX(ballY) - width / 3, getCenterY(ballX) - width / 3,
                 width / 2, width / 2);
         if (drawPath == true)
             drawPath(g);
     }
     private void drawPath(Graphics g) {
         Color PATH_COLOR = Color.ORANGE, BOTH_PATH_COLOR = Color.PINK;
         if (drawPath == true)
             g.setColor(PATH_COLOR);
         else
             g.setColor(this.getBackground());
         Lattice p = maze[NUM - 1][NUM - 1];
         while (p.getFather() != null) {
             p.setFlag(2);
             p = p.getFather();
         }
         g.fillOval(getCenterX(p) - width / 3, getCenterY(p) - width / 3,
                 width / 2, width / 2);
         p = maze[0][0];
         while (p.getFather() != null) {
             if (p.getFlag() == 2) {
                 p.setFlag(3);
                 g.setColor(BOTH_PATH_COLOR);
             }
             g.drawLine(getCenterX(p), getCenterY(p), getCenterX(p.getFather()),
                     getCenterY(p.getFather()));
             p = p.getFather();
         }
         g.setColor(PATH_COLOR);
         p = maze[NUM - 1][NUM - 1];
         while (p.getFather() != null) {
             if (p.getFlag() == 3)
                 break;
             g.drawLine(getCenterX(p), getCenterY(p), getCenterX(p.getFather()),
                     getCenterY(p.getFather()));
             p = p.getFather();
         }
     }
     public static void main(String[] args) {
         final int n = 30, width = 600, padding = 20, LX = 200, LY = 100;
         JPanel p = new Maze(n, (width - padding - padding) / n, padding);
         JFrame frame = new JFrame("MAZE(按空格键显示或隐藏路径)");
         frame.getContentPane().add(p);
         frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
         frame.setSize(width + padding, width + padding + padding);
         frame.setLocation(LX, LY);
         frame.setVisible(true);
     }
 }

程序完成于大三上学期。

随笔写于2016.5.8

END