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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:2 Y7 @7 V! h. C
function [total, maze] = search(i, j, maze, total)
( T8 J8 G/ q4 s% P/ `' k7 e) V$ `& z; s3 t0 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。6 u! _. g2 Q: G/ Z, |2 a8 N  s! U1 N4 K
fx(1:4) = [1, 0, -1, 0];
' F. s* n) W! `0 s- A% afy(1:4) = [0, 1, 0, -1];* H0 ?+ D9 z- |, m! M7 @
$ @; n& U9 N' f8 o0 H. M
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。9 B( `7 M+ A( w8 t" }
for k = 1:4
& D" J5 I2 u% a. \4 m  o4 O
) U  k* i6 F- W6 h( L这开始一个循环,遍历四个方向。8 o* i8 g. ^1 i* H% d# J/ l5 L
    newi = i + fx(k);. L6 A4 W, }. U! @0 `" l
    newj = j + fy(k);: @* R' T6 z2 a5 b! x
1 M+ ]& @  ~1 w
这计算出新的位置 (newi, newj)。  |* `; w4 R0 v9 |: i) Q
    if (newi <= 8) && (newj <= 8) && (newi >= 1) && (newj >= 1) && maze(newi, newj) == 0
/ R* t9 C6 q; u1 C* k1 ]  [, N- Z
这个条件检查新位置是否在迷宫范围内且是可行的。
, U  s7 D9 L$ [' S% j6 E. A8 G        maze(newi, newj) = 2; % 此点已走
7 R. L8 h4 w% m5 v4 m% Q
  @5 k- Q0 G2 S- x. S2 x9 c0 E如果条件满足,将迷宫中新位置标记为已走过(2)。% N* Q& o! ]# S1 G
        if newi == 8 && newj == 8
1 P3 [& D5 B. r, C& O; {' y# s            total = total + 1;
3 N& q2 E& Z; t0 b$ P4 k            maze+ v! a+ j$ t% f

0 A1 U. c! H; b! ?. i* d. g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。# M! ]" u$ x& r% D. Y+ t# {
        else3 r: \# k) O( M& @, {
            [total, maze] = search(newi, newj, maze, total);" H5 k( I" Z! @/ V
        end2 P! e8 v8 [# Q4 d7 C. G3 B
- g  }+ a( g1 Q9 ~9 W+ ~
否则,继续深度优先搜索,递归调用 search 函数。# k6 _. V" G+ }
        maze(newi, newj) = 0; % 回溯
" Y7 ?: A# Z* ^' j    end# W3 S7 u2 n% Y; w6 p6 u" Q

- o5 G5 ?' P$ H3 E' Y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)。( O( L' k5 y4 k) m" ?% d# i" @
end0 N5 f: S  W! v0 q+ ^, v$ o
end
  U& n5 s+ j4 n4 y8 i! o3 E: C1 M9 Y2 Z6 o
结束循环和函数定义。
4 i3 o5 J" D) ]# c% D: d( D4 Nclear all$ ?/ i& X6 `0 |# T9 H
clc
8 ~% M9 y: o5 V6 v7 x4 K
8 `  V9 X) B! E  ?+ m清空工作区并清空命令窗口。- u  H5 H/ q* w: }: {! l
maze = [0,0,0,0,0,0,0,0;
4 b. M6 d2 V8 a        0,1,1,1,1,0,1,0;
5 u4 h/ G9 D7 d        0,0,0,0,1,0,1,0;& d% V8 s2 E. j& G& D& d8 r
        0,1,0,0,0,0,1,0;0 A0 E6 @5 G2 t8 D# ^- ]9 L; P
        0,1,0,1,1,0,1,0;
$ o' E$ x! H/ t1 \8 f0 \# R        0,1,0,0,0,0,1,1;/ c: ?$ Q0 n- l+ t3 g/ |2 U' R
        0,1,0,0,1,0,0,0;8 ]7 H) f4 O1 E3 @
        0,1,1,1,1,1,1,0];
" ^! J' P6 f8 r8 C! u" I! [3 |+ u
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)。9 n: {- |) b  a( B& u# k: {
total = 0;
! ~. u5 r, t0 |maze(1,1) = 2;9 G) \# H# D# v  {# O# f: {9 D) W
[total, maze] = search(1, 1, maze, total);
6 g8 }& `+ r: L9 }! U' F# y" f% C0 c. A) a" q4 K8 V
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:
# h( a& W: ]9 M# `- W' B% Kfunction [total, maze] = search(i, j, maze, total)
! B# Q, S" z* e8 v. x2 n) d7 F$ d8 L
9 h. u8 `! |1 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。
8 k. p* r( L/ ^fx(1:4) = [1, 0, -1, 0];
1 V4 v8 |, W; b0 O3 l  H. Ify(1:4) = [0, 1, 0, -1];
0 q$ t3 k; m+ A2 w% S  e2 k+ k9 l2 \3 U+ P: Q' y4 Z: C8 }8 e5 p
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。
) T% |# ~/ u' r  @3 X' [7 vfor k = 1:4. f8 Y  n4 ^. _
, B- Q9 N+ M9 G; c
这里开始一个循环,用于尝试四个方向。& P7 h& S  i) O5 g2 M" z
    newi = i + fx(k);: ]" F* O7 x3 e7 d. ?
    newj = j + fy(k);
7 @8 N8 W. ~! V/ k( T6 [
# R9 D6 k1 B8 K. g; h计算在当前方向上的新位置 (newi, newj)。9 ]- Z( c- J1 @* r$ X+ r$ @
    if (newi <= 8) && (newj <= 8) && (newi >= 1) && (newj >= 1) && maze(newi, newj) == 04 h) L4 u9 q+ l+ S0 s3 m/ P
! [# D" [; D! N- F: k# X7 p. X2 p0 L" X
检查新位置是否在迷宫范围内且是可通行的。
' j( r- g! ^6 u, K        maze(newi, newj) = 2; % 此点已走4 I' v* n' [5 X" U7 H/ `

0 v/ h) N  n9 m; M" D如果是可通行的,将新位置标记为已走过(2)。( b1 G. t/ z' [1 N
        if newi == 8 && newj == 8
3 t1 _$ j& v  Q# h. y% }( r            total = total + 1;0 ~* ^& N! g8 {2 P: }( a
            maze; p( {3 E: B6 Y

+ {1 d* ^/ a2 B: N- I; P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。4 ]) w4 Z/ P" H  q  Q+ W: [
        else
9 D2 h. X) E/ Y, M            [total, maze] = search(newi, newj, maze, total);
, m% ?# _; t3 C7 ^0 B        end  q, a# O& {) z  m0 o% C" |: U1 b% P

; p9 O* c8 C3 [" u否则,递归调用 search 函数,继续深度搜索。4 H' g% d  C; z' i  w
        maze(newi, newj) = 0; % 回溯
2 v) l- A3 E$ I( n; e; M2 b; `    end5 g! }$ J5 u# v
" u; E) v9 ~3 q
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)。) w+ e" z( r8 ?" N
end: _! N1 \+ o3 W: q/ u& e0 }; ], S
end
+ p$ a6 s6 n0 S1 V/ @9 @/ ~* P2 R, m
; h. j" J0 u1 [4 f结束循环和函数定义。
. }; Y7 t7 h+ t; aclear all
# r  i; N# T2 X9 f4 P- d; |clc- R! y- c  b8 ^# f$ S6 c9 S. S5 n

/ _; L8 M! o3 z2 z) ?: \, W清除工作空间的所有变量,并清空命令窗口。
! }) O6 p, X0 Zmaze = [0,0,0,0,0,0,0,0;  \* O6 Q# }8 z8 }2 r
        0,1,1,1,1,0,1,0;
- N* h2 p3 k5 ]        0,0,0,0,1,0,1,0;6 _# h+ T( |! i1 [" U: [
        0,1,0,0,0,0,1,0;
7 i/ Z; Q7 f3 Q        0,1,0,1,1,0,1,0;; h9 ?5 h( v: t9 U* }  P3 r
        0,1,0,0,0,0,1,1;. o' k+ K3 w2 r7 j6 U
        0,1,0,0,1,0,0,0;' c; W3 f5 ~! Q
        0,1,1,1,1,1,1,0];
" N. T3 ^: s) b7 r. s' Y
: S# s4 o0 J% \0 T  |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)。
. l, T( D$ ~. F% M8 ~  n: ototal = 0;
+ H( r% b1 m: ]! Rmaze(1, 1) = 2;
0 @/ y8 S' A! R, o+ P[total, maze] = search(1, 1, maze, total);# b0 U" q/ C; F5 q; p4 ?
. \; b$ [$ r3 Y( P& o& X
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。
" h+ [1 C9 z! g9 K2 j
' l6 k. A' J- g- T! u6 A( r# Y. Y2 r3 r8 k: V, `' o+ D  t6 L

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