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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 |正序浏览
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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:( I1 y# f' l  h; b% u
function [total, maze] = search(i, j, maze, total)3 ^# A' y! K' @. ~. U7 c  F
; x9 R7 k+ i/ U+ Z8 z" z/ K' x
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。7 h" e  y+ G9 [4 z# H7 _
fx(1:4) = [1, 0, -1, 0];' _" X4 F9 B: t. l. X
fy(1:4) = [0, 1, 0, -1];
' r. t7 t0 q5 u; V% n9 w0 o2 g) c5 ^2 _: 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。5 \/ q' O( l8 L* N5 M
for k = 1:4  |% s. D( P9 Y

$ Q9 S3 K$ e7 O8 V2 }这开始一个循环,遍历四个方向。
3 G2 r( r1 b; J" a! N    newi = i + fx(k);
& z5 k1 b2 X" \) ~    newj = j + fy(k);8 E1 l/ k4 E, ~3 C& a

. Y7 \5 X- M, q+ b, r4 O这计算出新的位置 (newi, newj)。
0 R5 U9 k9 I. t# o/ V0 a' o0 Q    if (newi <= 8) && (newj <= 8) && (newi >= 1) && (newj >= 1) && maze(newi, newj) == 05 V; Y  p& B3 J
3 p( D+ g3 b: p
这个条件检查新位置是否在迷宫范围内且是可行的。
% Y  T9 L( ]; v        maze(newi, newj) = 2; % 此点已走& O2 d- F6 R9 `( u& k$ a* h
3 ~: P6 F$ [, w+ g1 _
如果条件满足,将迷宫中新位置标记为已走过(2)。% Q! E; j, x( z
        if newi == 8 && newj == 8; Z5 E$ C+ G( l1 Q$ ~
            total = total + 1;
) m" W/ C0 Y5 O            maze/ h0 \* c. |: e% `& b+ Y0 b

0 J0 j* }$ y# P3 `* {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。4 \1 W: i* I) C* _
        else) ?; t4 V1 H1 y8 [  d* X% M, q
            [total, maze] = search(newi, newj, maze, total);
, X0 G! B. v- ^: a" r$ P/ i8 b& v        end# @( O" k2 @) g  ^1 x4 V3 i

, P8 s9 I$ j+ \- P9 n2 @9 A否则,继续深度优先搜索,递归调用 search 函数。
) j/ P' ~' @. h! c4 P9 {; |% {0 b- m        maze(newi, newj) = 0; % 回溯! v8 u( Q6 a5 a7 M) `% A* V
    end$ o1 W2 l4 d- W7 K! `+ y

0 Z6 X& }/ W/ r) j# K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)。
) H+ \( Q3 H2 |7 Eend# B" y3 d4 w- l: G9 Q6 U6 o
end: u( K/ C) L6 J1 ^6 p" [& T

, u  t: S" F9 A$ |1 n结束循环和函数定义。
/ {6 u6 p+ p0 t  Gclear all
3 P8 S* H4 p1 S& ?) I$ E: y9 n* Zclc
: ?0 [; y2 ^$ B( U: y
. \' r0 H; Q" p. U清空工作区并清空命令窗口。
- O* g0 s9 l; l3 \: Bmaze = [0,0,0,0,0,0,0,0;7 [% U! `8 p' ^. {4 E
        0,1,1,1,1,0,1,0;
! P) E) ]4 v6 M4 }, `) Q& R, Q0 w& W        0,0,0,0,1,0,1,0;7 k" r/ w. h2 _0 r1 V
        0,1,0,0,0,0,1,0;
: C4 Q& T; Y1 s4 F0 A/ F3 I        0,1,0,1,1,0,1,0;
3 i& w, ?" ~( i% Q        0,1,0,0,0,0,1,1;
# j# q  k3 y/ t/ R        0,1,0,0,1,0,0,0;
, g% U4 k, L$ I' Q7 b; a$ j" m        0,1,1,1,1,1,1,0];6 ~0 q# w1 v6 m

$ @5 P7 P; i# W8 n3 l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)。$ g% H' Z+ c/ u
total = 0;& p2 q  |- ^: Y/ V6 [, b
maze(1,1) = 2;
4 _% i2 K4 L9 D$ s$ m" D+ l8 c0 N[total, maze] = search(1, 1, maze, total);0 A2 d- M  F+ L! U. m5 [% |
+ |3 k( P2 L7 v5 t
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) G: I3 I1 k  b; E& G' i  R4 Sfunction [total, maze] = search(i, j, maze, total)
- z6 ]$ M+ W4 _
. }$ S0 R2 g3 L# Y1 K; 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 V4 O2 e& e5 M- P3 g% N5 Pfx(1:4) = [1, 0, -1, 0];& _, x" {0 d3 T1 ?/ Y/ j0 V% o
fy(1:4) = [0, 1, 0, -1];
: N" `1 _8 m: s: o
% S3 g* G7 x! u/ ^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。0 m0 v3 U; A8 k* t; c. V0 s
for k = 1:4
6 G3 P5 Q3 `( q& u6 A+ u% J8 b1 ~$ s' Q  \3 {2 \
这里开始一个循环,用于尝试四个方向。
/ _5 P, G' w7 c! x8 i& c    newi = i + fx(k);
5 L' l9 s. K8 X2 J  l/ e, y    newj = j + fy(k);
0 h1 x: ], J$ q) `3 @8 D, R, O
: V8 z9 E  u# n( N4 j* ^# Y8 S7 y* H计算在当前方向上的新位置 (newi, newj)。
. u, H' t7 F5 }1 I! |7 T3 ?1 _    if (newi <= 8) && (newj <= 8) && (newi >= 1) && (newj >= 1) && maze(newi, newj) == 0: [0 |- p' b5 h& Q) A3 m0 k; K( b
0 w3 @4 l: G) _6 I' Q* {  Q1 T
检查新位置是否在迷宫范围内且是可通行的。
! g4 M  _- V+ `/ q9 d5 q) I* h        maze(newi, newj) = 2; % 此点已走7 f( F% H& i" J% A: n( H

/ }9 Z) E9 p5 w* t+ w' Z如果是可通行的,将新位置标记为已走过(2)。. m6 S/ {- Q0 a+ \7 B6 W
        if newi == 8 && newj == 8) I* [6 [2 G9 a  S4 P6 [: n
            total = total + 1;, V: i0 N0 @9 V! Y( p" A3 o) e
            maze
9 \* y0 q% E* ]0 |6 a+ U6 k" u2 d
# ]- {6 W$ M+ _; Y# z3 p- i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。
7 t( j  C. q# S: i/ n1 Y        else5 o* d! H) }) X5 e/ y" a4 w
            [total, maze] = search(newi, newj, maze, total);) f+ B* q1 k- ?2 j. k
        end
& d9 h% \, A6 l# t: |! q
& M, C1 u/ h- k( H  A+ u' u. F否则,递归调用 search 函数,继续深度搜索。
/ W7 L1 i* z* h8 D+ U        maze(newi, newj) = 0; % 回溯; G  Z% k1 g: B
    end+ p& x; `0 e1 M, {6 X  d) o! i( [. Z

! W6 o0 }, w6 A3 i3 @+ p: o( I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)。2 ~, }+ o" T, Q) Y" O8 n: A/ f, f
end" ]/ i* ]4 ?7 w/ `, M
end
  k+ G# r* b* x  W" e
& B' f. Q1 k; V; F6 B1 x结束循环和函数定义。
6 m0 T. e/ I: {0 ?8 M' _clear all/ Y7 f& H) A4 J6 @6 b+ [' r* r
clc  E. T7 M  `1 b& }* L, `2 O7 Q

. V) r9 W) B/ i* M* _  A" s* P1 }9 Z清除工作空间的所有变量,并清空命令窗口。
$ a: t2 t) f) S4 L& X6 Fmaze = [0,0,0,0,0,0,0,0;8 v, t0 K# B6 E7 c( `/ u
        0,1,1,1,1,0,1,0;6 w4 f) z* V; S
        0,0,0,0,1,0,1,0;6 M; W% {6 t1 `6 I$ s
        0,1,0,0,0,0,1,0;
) [7 u/ S9 u# z. Q        0,1,0,1,1,0,1,0;. e! }: b+ g3 N5 X" H) H4 }
        0,1,0,0,0,0,1,1;
6 L6 B2 T& m* e& c% \9 N        0,1,0,0,1,0,0,0;' d0 q; L$ u3 u' Y3 g
        0,1,1,1,1,1,1,0];) s! q" V2 H8 x. J3 \

* p0 Q) A; a# ^7 o6 K7 }/ ~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)。
" B9 {1 b. ?/ z4 [total = 0;
9 x2 l+ P  W: |/ D, Z+ ~; u1 X8 ]maze(1, 1) = 2;- b/ H4 v: C3 H
[total, maze] = search(1, 1, maze, total);
8 l$ l# d0 j% z3 c* y6 g, l/ m2 O- m& ^3 N. o0 L; [
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。, _2 V/ Z( P3 E8 d5 q0 ?

5 h) p/ J+ ]! _
+ K3 }/ {5 }- V. ~, _) N0 |

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