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递归回溯算法解决迷宫问题

递归回溯算法解决迷宫问题

作者: 先生zeng | 来源:发表于2019-09-18 11:41 被阅读0次

    有一个迷宫地图,有一些可达的位置,也有一些不可达的位置(障碍、墙壁、边界)。从一个位置到下一个位置只能通过向上(或者向右、或者向下、或者向左)走一步来实现,从起点出发,如何找到一条到达终点的通路。

    用二维矩阵来模拟迷宫地图,1代表该位置不可达,0代表该位置可达。每走过一个位置就将地图的对应位置标记,以免重复。找到通路后打印每一步的坐标,最终到达终点位置。

    封装了点Dot,以及深度优先遍历用到的Block,广度优先遍历用到的WideBlock。

    回溯法

    思路:从每一个位置出发,下一步都有四种选择(上右下左),先选择一个方向,如果该方向能够走下去,那么就往这个方向走,当前位置切换为下一个位置。如果不能走,那么换个方向走,如果所有方向都走不了,那么退出当前位置,到上一步的位置去,当前位置切换为上一步的位置。一致这样执行下去,如果当前位置是终点,那么结束。如果走过了所有的路径都没能到达终点,那么无解。下面看代码:

    public class MiGong {
    
        public static void main(String[] args) {
    
            // 先创建一个二维数组,模拟迷宫
            // 地图
            int[][] map = new int[8][7];
            // 使用1 表示墙
            // 上下全部置为1
            for (int i = 0; i < 7; i++) {
                map[0][i] = 1;
                map[7][i] = 1;
            }
    
            // 左右全部置为1
            for (int i = 0; i < 8; i++) {
                map[i][0] = 1;
                map[i][6] = 1;
            }
            //设置挡板, 1 表示
            map[3][1] = 1;
            map[3][2] = 1;
    //      map[1][2] = 1;
    //      map[2][2] = 1;
    
            // 输出地图
            System.out.println("地图的情况");
            for (int i = 0; i < 8; i++) {
                for (int j = 0; j < 7; j++) {
                    System.out.print(map[i][j] + " ");
                }
                System.out.println();
            }
    
            //使用递归回溯给小球找路
            //setWay(map, 1, 1);
            setWay2(map, 1, 1);
    
            //输出新的地图, 小球走过,并标识过的递归
            System.out.println("小球走过,并标识过的 地图的情况");
            for (int i = 0; i < 8; i++) {
                for (int j = 0; j < 7; j++) {
                    System.out.print(map[i][j] + " ");
                }
                System.out.println();
            }
    
        }
    
    
        //使用递归回溯来给小球找路
        //说明
        //1. map 表示地图
        //2. i,j 表示从地图的哪个位置开始出发 (1,1)
        //3. 如果小球能到 map[6][5] 位置,则说明通路找到.
        //4. 约定: 当map[i][j] 为 0 表示该点没有走过 当为 1 表示墙  ; 2 表示通路可以走 ; 3 表示该点已经走过,但是走不通
        //5. 在走迷宫时,需要确定一个策略(方法) 下->右->上->左 , 如果该点走不通,再回溯
        /**
         *
         * @param map 表示地图
         * @param i 从哪个位置开始找
         * @param j
         * @return 如果找到通路,就返回true, 否则返回false
         */
        public static boolean setWay(int[][] map, int i, int j) {
    
            if(map[6][5] == 2){
                return true;
            } else if(map[i][j] == 0){
                map[i][j]=2;
                if(setWay(map,i+1,j)) {
                    return true;
                } else if(setWay(map,i,j+1)){
                    return true;
                } else if(setWay(map,i-1,j)){
                    return true;
                } else if(setWay(map,i,j-1)){
                    return true;
                }else{
                    map[i][j]=3;
                    return false;
                }
            }else{
                return false;
            }
        }
    
        //修改找路的策略,改成 上->右->下->左
        public static boolean setWay2(int[][] map, int i, int j) {
            if(map[6][5] == 2) { // 通路已经找到ok
                return true;
            } else {
                if(map[i][j] == 0) { //如果当前这个点还没有走过
                    //按照策略 上->右->下->左
                    map[i][j] = 2; // 假定该点是可以走通.
                    if(setWay2(map, i-1, j)) {//向上走
                        return true;
                    } else if (setWay2(map, i, j+1)) { //向右走
                        return true;
                    } else if (setWay2(map, i+1, j)) { //向下
                        return true;
                    } else if (setWay2(map, i, j-1)){ // 向左走
                        return true;
                    } else {
                        //说明该点是走不通,是死路
                        map[i][j] = 3;
                        return false;
                    }
                } else { // 如果map[i][j] != 0 , 可能是 1, 2, 3
                    return false;
                }
            }
        }
    }
    

    测试结果:

    image

    修改其中的围栏数据,

    image

    可以看到,当我们从节点 [1][1]出发时,因为走不通,会把原来的设置为2表示走过的数据,设置为3,这就是回溯法。

    迷宫问题编写的一些思路

    1.首先需要先判断的是退出递归时的条件,可以减少无效的判断。

    2.控制好走过的路的状态,这里是通过设置节点的值判断当前节点的状态,1.围墙,2,可以走,3,走过。

    3.设置节点的状态来表示走过的路。

    如何求最短路径思路

    普通思路

    1.可以把所有可能走得路径比如策略(方法) 下->右->上->左,这种得每个情况都列出来,存入一个数组中。

    2.使用每一种策略都计算一遍,把结果存起来,

    3.计算每一种结果中每个节点等于2得数量,也就是路径得长度。

    4.比较后得出最短路径

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