小老鼠走进了格子迷宫,如何能绕过猫并以最短的路线吃到奶酪呢?

注意只能上下左右移动,不能斜着移动。

在解决迷宫问题上,深度优先算法的思路是沿着一条路一直走,遇到障碍或走出边界再返回尝试别的路径。

首先用一个二维数组来把迷宫“数字化”。

  1. int[][] maze = new int[5][4];

迷宫中每个格子的横纵坐标对应数组的一维和二维索引,例如最左上角的格子是maze[0][0],数组的值表示该格子是否可以通过,0表示可以通过,1表示该格子有猫。

初始化迷宫,标记猫的位置:

  1. this.maze[2][0] = 1;
  2. this.maze[1][2] = 1;
  3. this.maze[2][2] = 1;
  4. this.maze[3][2] = 1;

起点位置坐标是x=0,y=0,如果向右移动就是x=x+1,y=y,向下移动是x=x,y=y+1。我们预先规定每到一个格子都按照右、下、左、上的顺序尝试下一个格子是否能走,如果右边的格子没有猫且未出边界,就移动到下一个格子,继续按照右、下、左、上的顺序尝试;如果右边的格子不能走则尝试下面的格子。

下面这个二维数组用来遍历尝试四个方向的格子:

  1. int[][] next = new int[][] {
  2. {1, 0},
  3. {0, 1},
  4. {-1, 0},
  5. {0, -1}
  6. };

为了不走回头路,我们还需要另外一个二维数组标记哪些格子是已走过的,如果已走过则不能回头。

  1. int[][] mark = new int[5][4];

用一个栈记录路径

  1. LinkedList<Integer> map = new LinkedList<>();

走格子的思路是:

  1. for(遍历四个方向的格子) {
  2. if(格子超出边界 或 格子有猫 或 格子已经走过) {
  3. continue;
  4. } else {
  5. 移动到格子
  6. 记录当前格子已走过
  7. 记录当前路径
  8. for(以新格子为中心遍历四个方向的格子) {
  9. ......
  10. }
  11. }
  12. }

但是我们并不知道要走多少步才能到达目标,也就不知道循环要嵌套多少层,但是可以看出每次新的遍历循环开启后,执行的代码和上一层循环是一样的,所以这里用递归解决。来看完整的代码:

  1. import java.util.LinkedList;
  2. public class DfsRatMaze {
  3. int min = Integer.MAX_VALUE;
  4. int endX = 3;  //目标点横坐标
  5. int endY = 3;  //目标点纵坐标
  6. int width = 5;  //迷宫宽度
  7. int height = 4;  //迷宫高度
  8. int[][] maze = new int[5][4];
  9. int[][] mark = new int[5][4];
  10. LinkedList<Integer> map = new LinkedList<>();
  11. public void dfs(int startX, int startY, int step) {
  12. int[][] next = new int[][] { //按右->下->左->上的顺序尝试
  13. {1, 0},
  14. {0, 1},
  15. {-1, 0},
  16. {0, -1}
  17. };
  18. int nextX, nextY;
  19. int posible;
  20. if(startX == endX && startY == endY) {
  21. if(step < min)
  22. min = step;
  23. for(int i = map.size() - 1; i >= 0; i -= 2){
  24. nextX = map.get(i);
  25. nextY = map.get(i - 1);
  26. System.out.print("[" + nextX + "," + nextY + "]");
  27. if(i != 1)
  28. System.out.print("->");
  29. }
  30. System.out.println();
  31. return;
  32. }
  33. for(posible = 0; posible < next.length; posible++) { //按右->下->左->上的顺序尝试
  34. nextX = startX + next[posible][0];
  35. nextY = startY + next[posible][1];
  36. if(nextX < 0 || nextX >= width || nextY < 0 || nextY >= height) {  //超出边界
  37. continue;
  38. }
  39. if(maze[nextX][nextY] == 0 && mark[nextX][nextY] == 0) {  //非障碍且未标记走过
  40. map.push(nextX);
  41. map.push(nextY);
  42. mark[nextX][nextY] = 1;
  43. dfs(nextX, nextY, step + 1);  //递归调用, 移动到下一格
  44. mark[nextX][nextY] = 0;
  45. map.pop();
  46. map.pop();
  47. }
  48. }
  49. }
  50. /*
  51. * 初始化迷宫
  52. */
  53. public void initMaze() {
  54. this.maze = new int[width][height];
  55. this.mark = new int[width][height];
  56. this.maze[2][0] = 1;
  57. this.maze[1][2] = 1;
  58. this.maze[2][2] = 1;
  59. this.maze[3][2] = 1;
  60. this.mark[0][0] = 1;
  61. //打印迷宫 _表示可通行 *表示障碍 !表示目标
  62. for(int y = 0; y < height; y++) {
  63. for(int x = 0; x < width; x++) {
  64. if(x == endX && y == endY) {
  65. System.out.print("!  ");
  66. }  else if(this.maze[x][y] == 1) {
  67. System.out.print("*  ");
  68. } else {
  69. System.out.print("_  ");
  70. }
  71. }
  72. System.out.println();
  73. }
  74. System.out.println();
  75. }
  76. public static void main(String[] args) {
  77. int startX = 0;
  78. int startY = 0;
  79. DfsRatMaze d = new DfsRatMaze();
  80. d.initMaze();
  81. d.dfs(startX, startY, 0);
  82. if(d.min < Integer.MAX_VALUE)
  83. System.out.println("最少需要" + d.min + "步");
  84. else
  85. System.out.println("目标地点无法到达");
  86. }
  87. }

运行后输出:

  1. [1,0]->[1,1]->[2,1]->[3,1]->[4,1]->[4,2]->[4,3]->[3,3]
  2. [1,0]->[1,1]->[2,1]->[3,1]->[3,0]->[4,0]->[4,1]->[4,2]->[4,3]->[3,3]
  3. [1,0]->[1,1]->[0,1]->[0,2]->[0,3]->[1,3]->[2,3]->[3,3]
  4. [0,1]->[1,1]->[2,1]->[3,1]->[4,1]->[4,2]->[4,3]->[3,3]
  5. [0,1]->[1,1]->[2,1]->[3,1]->[3,0]->[4,0]->[4,1]->[4,2]->[4,3]->[3,3]
  6. [0,1]->[0,2]->[0,3]->[1,3]->[2,3]->[3,3]
  7. 最少需要6步

可以看到,程序计算出了所有路线,并找到了最短的路线。而整个代码还不到100行,真是神奇的算法。

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