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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:0 r/ Z7 M# ~: ^1 }# a
function [total, maze] = search(i, j, maze, total)
0 ~* t7 x. Y% a4 T8 d, x
4 g; s; `0 M2 E' t7 v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。: t4 H, O% j: h' `$ d  `0 y
fx(1:4) = [1, 0, -1, 0];
  R2 d) J) C; w6 o( ^fy(1:4) = [0, 1, 0, -1];
- }, y" e* B# W+ e0 k: T, k# M1 l6 t% }2 |! ^" G5 P6 S
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。
% S' _% E6 L5 [$ ?( d, `1 `for k = 1:4
1 t$ e' ]* |5 ^: n/ j/ O) R. R" [6 G3 ~3 O
这开始一个循环,遍历四个方向。
  G/ D2 {; _: e9 t+ }( V" F, A    newi = i + fx(k);" D& `1 x$ V. A  u5 r+ O/ n! X
    newj = j + fy(k);
* t: K% g  j9 l; I6 b1 C/ {5 }+ @: \
( G, ?% Q2 U+ i: S这计算出新的位置 (newi, newj)。
+ D" Y3 R; o4 q5 k$ u    if (newi <= 8) && (newj <= 8) && (newi >= 1) && (newj >= 1) && maze(newi, newj) == 0; n. o( N3 r0 s9 d
! _$ A$ q+ W; J* d' Z
这个条件检查新位置是否在迷宫范围内且是可行的。, p, P/ w% m& L. Y2 _
        maze(newi, newj) = 2; % 此点已走2 i1 o3 i  m+ O7 Z2 L

; U+ m  C7 H1 ]如果条件满足,将迷宫中新位置标记为已走过(2)。
6 O& W5 R' r$ v        if newi == 8 && newj == 8
8 V4 m; Z- b* c: `& r( c            total = total + 1;& x% f; l7 f0 O( y6 e: S# a6 C
            maze( c: l/ f0 T# m7 {0 h9 A: E

# s# K% h2 R9 ^' O0 m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。
1 s( Q! @. G  a0 ]. o% R. k$ z        else
# n/ b/ @9 I0 f* [* s/ a            [total, maze] = search(newi, newj, maze, total);5 W9 c, ~+ u2 ?
        end
7 z' \  s* G% p3 L* o
+ Z* n: O# D' A7 w) D9 c# e否则,继续深度优先搜索,递归调用 search 函数。
' c& s2 V) E0 k8 t2 E$ u- e        maze(newi, newj) = 0; % 回溯; \. L- b; }7 j. `6 c
    end
$ r. g1 q/ G' `5 E7 W  y* Q9 R! a
) ?- U9 U5 D, a& H+ N) }1 p8 `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)。; b% Q) ^' P' Z! t" ~& f3 u: c* [5 D
end% v, Y- |- C2 G
end
; p  L2 w+ l7 k9 v/ Y# u4 P9 U
8 O/ C: R- T8 ~. h结束循环和函数定义。( c4 a4 H9 d' t7 U; m
clear all
8 d3 {/ C& r8 L- S: i' Z) D: T; d7 Tclc2 z1 S+ ~( U6 y0 s

! s" M7 a" c- \( D) H% _9 k清空工作区并清空命令窗口。) O7 H: w' [7 c7 }; ~
maze = [0,0,0,0,0,0,0,0;
; l6 Y- V1 B6 Y6 n+ Y        0,1,1,1,1,0,1,0;# O- y4 g# T! \( q2 N
        0,0,0,0,1,0,1,0;/ K5 b; p3 U" a5 t6 p2 S
        0,1,0,0,0,0,1,0;/ [  b$ X2 W& T, J* K; u
        0,1,0,1,1,0,1,0;8 Y5 ^' k. }  ?9 @. f
        0,1,0,0,0,0,1,1;
$ G7 d( Q3 [6 ~& Q        0,1,0,0,1,0,0,0;
: B: _' W1 [( Z9 \, i5 x) ?( b% ?        0,1,1,1,1,1,1,0];
2 m2 e- Z' p2 f2 q) H( s; _2 D  \6 `3 ]. b8 ^: a
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)。
% `! O, q0 v, C' I! Z, N: T: E1 stotal = 0;* _) F4 L1 e7 d, A5 ~" \/ {; g' w
maze(1,1) = 2;
' b* Q* j% h7 {1 ]: A4 }& B[total, maze] = search(1, 1, maze, total);) r2 _8 N3 l. Z; Q7 R
) {8 I1 ~9 y7 T' ^9 @
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:2 @  U: _+ R& c7 n
function [total, maze] = search(i, j, maze, total)
9 i$ y" T: D' v; ]( g
1 L% }' `9 V4 f) i# N$ R. y2 D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。3 R# L5 z& t3 P
fx(1:4) = [1, 0, -1, 0];
4 K# p) V: [8 H" H6 V7 nfy(1:4) = [0, 1, 0, -1];
5 x3 j4 R# p, L
2 c# b1 _# @% M+ 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。
2 O+ R+ M* X7 v6 X/ ]! }for k = 1:4
3 W! ^2 Z0 x/ u0 @0 F  e) z: F) ?% ?4 r2 J
这里开始一个循环,用于尝试四个方向。( E2 x/ y* D3 J' x
    newi = i + fx(k);% u8 m/ c7 I6 ?9 K
    newj = j + fy(k);
& M) j* z$ K7 U" Y4 ], c* I- o4 E. r1 n$ E( r9 r6 t8 _. o  w
计算在当前方向上的新位置 (newi, newj)。; n1 c! I; |; t' A
    if (newi <= 8) && (newj <= 8) && (newi >= 1) && (newj >= 1) && maze(newi, newj) == 0
1 h( G8 t& a% y2 Q+ j  Q& _  |% j7 }! M6 O
检查新位置是否在迷宫范围内且是可通行的。
$ h  c2 }+ _% m0 x" C! h        maze(newi, newj) = 2; % 此点已走
$ o- S" t, v. o; e( I, D* v
5 C! o# ^( n/ Q9 P. {' Q如果是可通行的,将新位置标记为已走过(2)。
6 ^/ r( j) S) K; f. b0 B  K        if newi == 8 && newj == 8* n* n6 s: G; J: k# ]
            total = total + 1;
6 A7 y7 e5 b; |/ A0 ~+ r            maze( u1 N$ n6 U# s9 E
' U6 N" M7 o- i! P7 {9 e1 z! S4 v( O
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 \- e2 K( o5 ~        else
3 B' b; t4 B8 f) B" K            [total, maze] = search(newi, newj, maze, total);
, l% d, T/ Y% V- }5 v9 ^" i        end% |* m* W6 z+ O2 Q; p
/ ?' h2 ]! Q: V% C
否则,递归调用 search 函数,继续深度搜索。
1 j. f% M3 T$ p% \' ^0 b% e* j        maze(newi, newj) = 0; % 回溯; h# O7 r. }: \! l) a! ]/ u' ?
    end6 G. a1 I2 G2 s) v8 L2 n
: W( |  a* @8 C
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)。
+ l: E# b  |1 i  H' X( Y* [/ @1 Iend
/ }) ^* B3 h0 f4 u# Hend, h$ c% v- `3 p1 o# D* a0 ]
! N1 q0 P# q9 h
结束循环和函数定义。) y' l2 P, C+ r# X" G
clear all- T5 f3 a6 G4 S) [$ g1 n$ t' a* o
clc
; E5 K! f. a" p& C! C, X4 N/ q! `, D- K/ z4 m, o* v- U% l
清除工作空间的所有变量,并清空命令窗口。0 z0 w# H' d: a( C  W  x
maze = [0,0,0,0,0,0,0,0;
; b4 \+ g* T/ Q        0,1,1,1,1,0,1,0;7 Y# w; p0 y2 S+ s
        0,0,0,0,1,0,1,0;2 z0 A1 o( ~) A0 ~8 {% [" j& f
        0,1,0,0,0,0,1,0;. p! J4 ?6 a. h' w6 X
        0,1,0,1,1,0,1,0;
- T1 N3 S# j1 N& r7 C7 G        0,1,0,0,0,0,1,1;
0 n" P/ P; y$ x6 M" y6 G  {        0,1,0,0,1,0,0,0;
& X( P  `( Y2 Z! {2 S: M# J, \' ~        0,1,1,1,1,1,1,0];' P- M/ b! e: j: }0 `
: u9 d7 O6 C# A3 x
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)。
# t( }+ _: J/ C9 ?3 X2 w1 b( `total = 0;
: Y+ T  h7 Z0 D1 Emaze(1, 1) = 2;3 N$ o9 |/ N! r/ Z+ o- c
[total, maze] = search(1, 1, maze, total);2 n1 v+ j" I' M1 v
6 j7 N+ B$ X  g% A2 Q
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。+ T) F3 c! \/ E2 \* w8 c3 b
1 o. Z! B3 V0 q+ p, \
9 W- {# _( m/ Z: d3 i9 n

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