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深度优先算法解决迷宫问题

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发表于 2023-12-22 16:21 |只看该作者 |倒序浏览
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这是一个用深度优先搜索(DFS)方法解决迷宫问题的 MATLAB 代码。以下是对每一行的逐行解释:; x0 K" w5 `  [. W% _' H
function [total, maze] = search(i, j, maze, total)/ S; O& H4 B; u2 G- C8 |2 T

  N' s; h0 W& f# Z4 Z" b3 u这定义了一个函数 search,它使用深度优先搜索遍历迷宫。函数接受当前位置 (i, j)、迷宫矩阵 maze、和解的总数 total 作为输入,并返回更新后的解的总数和迷宫矩阵。
2 q" k! @% y5 m  tfx(1:4) = [1, 0, -1, 0];% v- j5 Q; C& c" ~" o
fy(1:4) = [0, 1, 0, -1];
1 W" U4 A. C" G- e4 f2 t* p3 N7 ~$ s( m7 b, M- l' C( u
这定义了方向数组 fx 和 fy,用于表示向上、向右、向下、向左四个方向的变化。
3 e2 g' Y; c5 R5 T. Ufor k = 1:4
4 n6 p) M. Z, \1 I6 a* x" z4 W0 I: y; I8 a) Y0 i
这开始一个循环,遍历四个方向。- Z/ u& r3 Z6 N' k
    newi = i + fx(k);
6 m' H9 o, z% k, v6 F* F    newj = j + fy(k);0 t: L- M  f; i: K8 ^( b% ^3 j
# J5 U3 }9 L- J  I4 A7 V4 ?6 D
这计算出新的位置 (newi, newj)。$ m$ _& W) L6 p6 J2 I8 q
    if (newi <= 8) && (newj <= 8) && (newi >= 1) && (newj >= 1) && maze(newi, newj) == 0
( {6 t  @# @5 Z* D
8 p8 O! `6 m3 ?5 k) ?/ d" s这个条件检查新位置是否在迷宫范围内且是可行的。$ N" r/ W6 Y& X$ y/ T$ O$ C- C5 V
        maze(newi, newj) = 2; % 此点已走
( p& z# _/ t; q( H- u: \5 C: e" j7 E9 k4 p% y7 F% x. F
如果条件满足,将迷宫中新位置标记为已走过(2)。
- }' c& |0 D& N: P1 z        if newi == 8 && newj == 8
( Y4 u* e$ U6 d4 h) ]& H0 ^            total = total + 1;
% w7 i& |& g8 L9 }5 r            maze
3 s" u# U2 q  O2 H* y" \7 S/ u5 k9 z+ g- u
如果新位置是终点 (8, 8),则找到一条路径,解的总数加一并打印当前迷宫状态。
' [6 L3 K4 q, M! Z        else
1 p) e1 P" G/ ?7 d            [total, maze] = search(newi, newj, maze, total);
# r& D' [' C1 B2 P. R        end
" X; s2 P/ R4 H" p9 l9 w1 U1 }: d1 L" [2 G9 O; S0 e' K' P' O
否则,继续深度优先搜索,递归调用 search 函数。
4 o9 Q' |  K, s2 }        maze(newi, newj) = 0; % 回溯
- F* P  f* h! }. R8 G* c3 n    end. D4 c/ b9 Z) i. E( I( M; c
; u/ v- J* o6 r! a& E
回溯部分:如果在当前方向上没有找到解,需要撤销之前的标记,将当前位置标记为未走过(0)。
: {) k4 N7 e, _! @, ^end
: c/ ~* }1 [. ^) w+ W# S7 Aend3 n0 r+ v' s0 [% l' p' Z

% q# o" E9 h$ q& S; r% z) W) e结束循环和函数定义。
: p8 l$ l* E3 X: `# `clear all: X* @4 S( [8 P7 _3 ^
clc( A: S+ E3 h3 K
+ r; k  R  a, X8 \" r  q
清空工作区并清空命令窗口。. ~4 {% X6 o$ ?1 z) O7 V% M( U
maze = [0,0,0,0,0,0,0,0;) C7 z# k: e  _! ^
        0,1,1,1,1,0,1,0;4 r  r' b( h- w7 W$ m8 Q
        0,0,0,0,1,0,1,0;+ G* ^* v. X; \. z
        0,1,0,0,0,0,1,0;
$ O, E5 Y' }1 J. G        0,1,0,1,1,0,1,0;5 u, s$ z! d9 H: ?2 U) E- V
        0,1,0,0,0,0,1,1;$ Y+ I; K; w" d2 _, U
        0,1,0,0,1,0,0,0;' z+ D. E7 `2 {# D7 k: d
        0,1,1,1,1,1,1,0];
8 I0 X0 X  q6 w, \5 l: W* F; E9 ?6 m
定义了一个8x8的迷宫,其中0表示路,1表示墙,2表示已经遍历过的点。起点是 (1,1)。
4 W1 `: Y1 e3 p9 E6 ctotal = 0;
* D# O8 ?8 y8 A8 [. Y/ J+ Kmaze(1,1) = 2;2 S/ Q# p+ [. g( C! }
[total, maze] = search(1, 1, maze, total);
% q* E) k' R/ O2 `+ f9 f( Q4 J6 Z2 D0 R' D
初始化解的总数为0,将起点标记为已走过,然后调用 search 函数开始深度优先搜索。找到的解的总数和对应的迷宫状态将被打印。这段代码是一个用深度优先搜索(DFS)解决迷宫问题的 MATLAB 程序。下面逐行解释:
% u/ x9 n; R* I+ e0 K. P  `# Kfunction [total, maze] = search(i, j, maze, total)# ~5 e- P3 D4 y' s
) Q9 x( v) w' E
这是一个函数定义,函数名为 search。它接受当前位置 (i, j)、迷宫矩阵 maze 和解的总数 total 作为输入,并返回更新后的解的总数和迷宫矩阵。2 W9 s+ [4 _& Y, C
fx(1:4) = [1, 0, -1, 0];
- L9 ]+ d$ V( Z, sfy(1:4) = [0, 1, 0, -1];
4 E5 l. b4 D2 @+ h: k  d% Q* V4 C# g' [) |9 T' s! g
定义了两个数组 fx 和 fy,分别表示四个方向:向右、向下、向左、向上。% w, ~. K# ^+ X
for k = 1:4) X# v# H1 A( X/ @  X* `
3 H& ?4 u. h/ v$ n
这里开始一个循环,用于尝试四个方向。* D+ ]8 B' I' c7 b2 Q; V
    newi = i + fx(k);* e& [, t/ W1 x5 s3 W4 C: X
    newj = j + fy(k);7 N' p8 p2 a, ^, {3 _* b4 d2 A

. M: C; u7 T# G5 M, g计算在当前方向上的新位置 (newi, newj)。0 A& j; I1 U" w3 {
    if (newi <= 8) && (newj <= 8) && (newi >= 1) && (newj >= 1) && maze(newi, newj) == 0& F/ g" Q* q6 D5 I
. Y8 Y2 E' ^6 m; `7 z
检查新位置是否在迷宫范围内且是可通行的。
( c* u  P- ^* a: ^        maze(newi, newj) = 2; % 此点已走
  E3 d4 p: B. {9 a- O% j5 ]4 x* O7 b! P6 o! R! y
如果是可通行的,将新位置标记为已走过(2)。% ]) j$ _+ _9 |  v+ \
        if newi == 8 && newj == 8) u% [2 \9 A* O
            total = total + 1;
$ d6 G( j3 V1 K& o            maze
5 |  j' |6 |* S1 I  @6 k8 y5 Y6 y  _) X' ]
如果新位置是终点 (8, 8),增加解的总数,并打印当前的迷宫状态。/ \! ~% L5 L- s: Y  p1 ]/ o3 _
        else0 O) t  o9 X$ ]
            [total, maze] = search(newi, newj, maze, total);
& I8 C3 ?2 |  ^; B/ K$ U        end! |8 Q% m1 ^3 X. r& ^! C
2 `# B/ ]4 R6 S$ U9 ?" x7 e
否则,递归调用 search 函数,继续深度搜索。
9 y" q0 J1 I2 x# i        maze(newi, newj) = 0; % 回溯# i! y5 G+ h* H3 }
    end
/ u/ r9 @4 x" Y( q% |; W* Q' ~7 l2 J: _" Y4 g+ d% w
回溯:如果在当前方向上没有找到解,需要撤销之前的标记,将当前位置标记为未走过(0)。. }* s) C3 \: a# F( Z
end
; {) n% S+ d* d$ R: zend5 n7 L  N/ `8 B( [( O
: J  Z) t9 t5 Q! v$ O% P2 G: o8 A; ?
结束循环和函数定义。
2 S% |2 m! |5 V4 jclear all/ ?. ]4 v# ^- \1 k
clc: i$ f! R+ A- h. c7 l" e  N) H6 T* _* {

/ K$ |, j6 H2 Q清除工作空间的所有变量,并清空命令窗口。( H' B$ [: B  L& c& D
maze = [0,0,0,0,0,0,0,0;
& [5 \3 P" N, h8 x) r- ]$ N        0,1,1,1,1,0,1,0;
7 w% H7 G% b8 }' h; M3 ^+ Y        0,0,0,0,1,0,1,0;
2 `+ Q: E6 b5 g: `0 ^) G7 P        0,1,0,0,0,0,1,0;
9 C# }5 l( s' Z2 \; p        0,1,0,1,1,0,1,0;
. R. r( O  V+ V+ U        0,1,0,0,0,0,1,1;% T! ?* k; Q: m
        0,1,0,0,1,0,0,0;, Y7 E% R6 d0 L, n
        0,1,1,1,1,1,1,0];
' b. r0 K5 c3 V  \6 D1 u/ D1 [! U2 [8 m2 v% h1 c  a
定义了一个8x8的迷宫,其中0表示可通行的路,1表示墙,2表示已经遍历过的点。起点是 (1, 1)。
8 P) ~9 q! I0 Q3 m" H: |total = 0;& ]# O+ ^5 J5 K$ ]
maze(1, 1) = 2;5 K7 v* @5 k! z& D7 G% e" w
[total, maze] = search(1, 1, maze, total);8 q: }2 m. c- N7 M2 a/ m

. ~% _& ]8 |! L* H* \% c: J3 y初始化解的总数为0,将起点标记为已走过,然后调用 search 函数开始深度优先搜索。找到的解的总数和对应的迷宫状态将被打印。4 n/ y7 N2 h1 f6 |
/ V( \. }3 f6 C" L# P

9 K, [: O% n, n: F, g

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