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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:
; j4 Z( \' u6 D- i! W( Qfunction [total, maze] = search(i, j, maze, total)
6 j$ n6 c6 i  ]4 k% y  ^; a& i" c: ]4 b! |; y; u. o0 [& Y
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。
: n6 L- h) \; ufx(1:4) = [1, 0, -1, 0];
1 J) R4 R; S, \fy(1:4) = [0, 1, 0, -1];) c; u1 Z4 r, ]) z

) O; p: K2 Z# E* |4 D0 z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。
* v; Y/ Y/ h/ \' [: M: b; _4 H: lfor k = 1:47 X3 _6 c- d8 `: t$ Y' G
! r- h( |$ H( T% @6 B' [. ]
这开始一个循环,遍历四个方向。
" ~4 A5 C7 e( d* A2 M! \    newi = i + fx(k);
# T6 o+ {; z7 N7 v    newj = j + fy(k);  X% Z7 ]/ U0 _5 d# F
* D5 h4 g  k: ~' L, W5 V# f
这计算出新的位置 (newi, newj)。0 f: J7 z2 c/ `. l2 @" o0 f  E
    if (newi <= 8) && (newj <= 8) && (newi >= 1) && (newj >= 1) && maze(newi, newj) == 01 s$ o. i8 H" U1 j2 |( D- c/ M

' X  W4 i9 N- [( ^/ M9 k这个条件检查新位置是否在迷宫范围内且是可行的。' Q. O) k3 ~( i- B: @
        maze(newi, newj) = 2; % 此点已走
! b3 o/ R: ?0 @+ \6 G
% n: `, D; y" ~- j# D4 P如果条件满足,将迷宫中新位置标记为已走过(2)。; `4 {8 z( ^+ G0 Z# Q* \
        if newi == 8 && newj == 8
* t* J- m3 t  m$ n* c            total = total + 1;. O, K" @# q3 q- E+ n/ J8 z3 `  |2 Q; i
            maze
& F& @0 ^# T* D- Z% _7 @% }& b+ b( v: H  \1 h0 s/ `
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。
7 p4 Y, a* F6 y6 T% G1 e5 V1 ~        else- ~2 x+ F  {/ g3 x/ e
            [total, maze] = search(newi, newj, maze, total);
; K2 d8 ~) O2 ~# I& F; Y        end; _" D0 Z/ d6 }
3 a; S2 J/ ]/ Q# P
否则,继续深度优先搜索,递归调用 search 函数。
$ A7 P3 m( P# d2 L        maze(newi, newj) = 0; % 回溯0 D' f8 s5 P& ?, t" Z3 W4 E
    end
) V7 ~9 I9 Y& @  S3 E2 ]8 D2 Z9 M" O6 r+ Y6 @
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)。" m) Y# w: i$ B2 J, @
end' ^( |) @. T0 j( \; w9 e' n% z$ X
end
: p" o' r9 {6 X# o0 O' L: d4 j$ @7 z+ l
结束循环和函数定义。
9 {0 S( A( j: ?! d) u7 W) `  iclear all, h. x& Q5 w" E
clc. K  G  Y! k$ v4 G
/ I' V+ D; u0 q, k) U" ]
清空工作区并清空命令窗口。
) _% u; @6 {0 ]6 i4 p7 N2 M0 k; R8 ^maze = [0,0,0,0,0,0,0,0;
8 ^- L* Z9 G8 b9 J        0,1,1,1,1,0,1,0;
/ {. s3 B; t2 S3 I; D! e. R        0,0,0,0,1,0,1,0;
' E- w* k. S- U8 m6 F        0,1,0,0,0,0,1,0;
* R3 J) l" ^+ M3 c) I5 u% c        0,1,0,1,1,0,1,0;( @% {4 W+ l( ]% p! `
        0,1,0,0,0,0,1,1;
" m: a' D- k0 q6 A7 Q3 ~3 P( f        0,1,0,0,1,0,0,0;: J) I0 q# ?) L% H0 A
        0,1,1,1,1,1,1,0];) z+ A+ k9 N9 `4 h- e
# _1 i6 h* k- z) ?! n
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)。
! K: n8 w4 U  W) N& ytotal = 0;
( K- X$ F! J4 vmaze(1,1) = 2;. c# e3 _; Y: |+ S: O
[total, maze] = search(1, 1, maze, total);
3 z! y) v: Z; F( z" L& L  x2 Y2 h
3 d  ^- u2 d# f, }" B/ k' 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:
- i1 k( Z7 |! Xfunction [total, maze] = search(i, j, maze, total)
7 w. t% M% w4 a; j% B0 t
& A0 f' W4 J: }* M' J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 |7 a  [, ]9 P0 r: }
fx(1:4) = [1, 0, -1, 0];1 l3 R' C% \. Y7 `8 `3 j
fy(1:4) = [0, 1, 0, -1];8 b" J, o/ H# ~

  t8 C/ j7 J9 p  A; ]8 x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。
# [" n+ k; \% c5 X2 @for k = 1:4
6 \/ E4 z6 m8 [7 z- H) F* p  o) E! Z9 O' c& q& F! P$ f
这里开始一个循环,用于尝试四个方向。
) g5 b1 y+ c/ ?0 `2 @' z) S8 l    newi = i + fx(k);( o# ?, j, ?$ D" g. w  s( y9 Z
    newj = j + fy(k);
1 N- c" {' K" q) p: m# p
& s& h; X& ~1 w7 W计算在当前方向上的新位置 (newi, newj)。3 i8 q& h! C% P" |, v2 E
    if (newi <= 8) && (newj <= 8) && (newi >= 1) && (newj >= 1) && maze(newi, newj) == 0( f% U; U4 f; k( a

) m6 n& {- P. y) }检查新位置是否在迷宫范围内且是可通行的。  G* s' k- l0 {6 R
        maze(newi, newj) = 2; % 此点已走
7 Q4 |! Y& C% d" K4 g; `0 X$ z/ E( R7 M) x; v# m
如果是可通行的,将新位置标记为已走过(2)。9 C* @$ Z; {# t) q, R: V/ |
        if newi == 8 && newj == 82 \1 h  S( @4 {% Y9 E( q2 Q0 G
            total = total + 1;
  S3 l$ F+ M. u/ D. c/ S            maze5 O, T, P' ]' U- _- G+ Y
1 A3 }  X9 U0 a  d# W
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。2 w; W/ O% P! V. z
        else
  X) b8 @% V* a, q' p+ A6 V; T4 g: N            [total, maze] = search(newi, newj, maze, total);; Z! D5 z6 P% Q' j) L
        end
0 v8 Y9 i5 i8 \1 u
# b) @( W6 W. o6 N7 e: O* D否则,递归调用 search 函数,继续深度搜索。# T0 q& [# {3 D. X2 w
        maze(newi, newj) = 0; % 回溯0 ?+ Q5 u& f8 [6 Y" R8 e( w
    end
) j- [) h% p4 O' Q) I/ Y
5 y# M& C% F) g+ g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)。5 K$ g( W& P- m4 p( @
end4 n* n5 b9 b7 n; T; P- W
end. M; [' l8 h! I1 E* b# P6 `' g

1 a  t0 A6 |, ]# ?结束循环和函数定义。
  m4 U1 n; N$ A; J) Q* g4 K/ i( ?6 ^clear all
4 @  Z: L  C  _5 I6 s) [clc
* l! B( }5 P+ C9 l, t/ Q" f8 Y2 n- y# ], `' E! G
清除工作空间的所有变量,并清空命令窗口。$ x6 f+ I4 E. |/ ]! s* N2 @3 B
maze = [0,0,0,0,0,0,0,0;
1 v  `' z6 j; u& s8 N# ~        0,1,1,1,1,0,1,0;( Q& v' E# Y8 ~
        0,0,0,0,1,0,1,0;
5 h, l, f0 U+ d% n. s. N0 y) J9 Z* ]  N        0,1,0,0,0,0,1,0;7 y. N; W& ]0 Z- D
        0,1,0,1,1,0,1,0;; }% |+ \6 Q) T! s4 A) `
        0,1,0,0,0,0,1,1;# J" L: ~; P3 [$ s0 E
        0,1,0,0,1,0,0,0;
# _. ^% ?( O8 k* K% |        0,1,1,1,1,1,1,0];
) o7 S" L2 ?, [" k* V
: u% ]3 r8 n9 k. i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)。! J  _8 {& a9 ?) N/ P& \3 y
total = 0;8 f* O: J2 Z6 S5 h# d' D: G
maze(1, 1) = 2;5 h& \" v4 N% a. t; `3 j
[total, maze] = search(1, 1, maze, total);
; a0 V$ E( H& w$ j6 C# k) v5 p( c% u; i2 e
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。
/ q4 I7 \9 S; f5 l" T+ _" n9 T$ [0 \8 U; S# v

+ g) m5 n5 w+ q

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