3.7学习

学习内容

DFS和BFS算法，并用来解迷宫

学习收获

解迷宫题
BFS算法：

from collections import deque
 
#设置二维四向迷宫, 如果题目是多个小迷宫问题, 拆分多次调用脚本获取路径即可
maze = [['A', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '.'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '.'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '.'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '.', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '.'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '.'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '.'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '.'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '.'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '.'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '.', '$', '$', '.', '.'], ['$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '.', '$', '$', '$', '.'], ['$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '.', '$', '$', '$', '.'], ['.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '.', '.', '.', '.', '.'], ['.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.'], ['.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.'], ['.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '.'], ['.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '$', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '.'], ['.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.'], ['.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '.', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '$', '.', 'B']]
path_len = 0x7fffffff#如果题目未给出终点坐标，则一定会指定路径的长度，在此处修改路径长度，否则请保留path_len的极大值
 
#进行BFS寻找路径
def bfs(start, end, barrier):
    directions = [(0, 1), (1, 0), (0, -1), (-1, 0)] # 定义四个方向的移动
    for i in range(len(maze)):#获取起点和终点在列表中的索引
        for j in range(len(maze[i])):
            if(maze[i][j] == start):
                start = (i, j)
            if(maze[i][j] == end):
                end = (i, j)
    #以下均是bfs算法套路
    queue = deque()
    queue.append((start, [start]))  # (当前位置, 路径)
    visited = set()
    visited.add(start)
    while queue:
        position, path = queue.popleft()
        if position == end:
            return path
        elif len(path)==path_len:
            return path
        for d in directions:
            next_position = (position[0] + d[0], position[1] + d[1])
            if 0 <= next_position[0] < len(maze) and 0 <= next_position[1] < len(maze[0]) and \
               maze[next_position[0]][next_position[1]] != barrier and next_position not in visited:
                queue.append((next_position, path + [next_position]))
                visited.add(next_position)
    return None
 
#执行BFS搜索并打印结果
if __name__ == '__main__':
    #maze[起点x坐标][起点y坐标] = 'A' #如果题目给了起点终点的坐标，在这里直接给起点和终点添加特征
    #maze[终点x坐标][终点y坐标] = 'B' 
    
    path = bfs('A', 'B', 1) #bfs函数传入参数代表起点、终点、障碍的特征(若题目给出的数据无特征, 手动添加特征即可, 通常障碍是1也有可能是0或其它字符如'#')
    print("移动路径坐标：", path)
    print("移动路径方位：{", end='')
    for i in range(1 ,len(path)):
        x1, y1, x2, y2 = path[i - 1][0], path[i - 1][1], path[i][0], path[i][1]
        if(x1 > x2):#上
            print("Y", end='')
        elif(x1 < x2):#下
            print("X", end='')
        elif(y1 > y2):#左
            print("C", end='')
        elif(y1 < y2):#右
            print("Z", end='')
    print('}')

DFS算法：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>

#define MAX_SIZE 100  // 迷宫最大尺寸
#define STACK_SIZE 10000  // 栈容量

// 坐标结构体
typedef struct {
    int x;
    int y;
} Point;

// 栈结构体
typedef struct {
    Point data[STACK_SIZE];
    int top;
} Stack;

// 方向枚举（Y-上，X-下，C-左，Z-右）
int dirs[4][2] = {{-1,0}, {1,0}, {0,-1}, {0,1}};

Stack* create_stack() {
    Stack* s = (Stack*)malloc(sizeof(Stack));
    s->top = -1;
    return s;
}

void push(Stack* s, Point p) {
    if (s->top >= STACK_SIZE-1) {
        fprintf(stderr, "Error: Stack overflow\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    s->data[++s->top] = p;
}

Point pop(Stack* s) {
    if (s->top < 0) {
        fprintf(stderr, "Error: Stack underflow\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    return s->data[s->top--];
}

bool is_empty(Stack* s) {
    return s->top == -1;
}

// 读取迷宫文件并初始化
static void read_maze(char maze[MAX_SIZE][MAX_SIZE], int* rows, int* cols, Point* start) {
    FILE* fp = fopen("map.txt", "r");
    if (!fp) {
        fprintf(stderr, "Error: Failed to open map.txt\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    *rows = 0;
    while (fgets(maze[*rows], MAX_SIZE, fp)) {
        for (int i = 0; maze[*rows][i]; i++) {
            if (maze[*rows][i] == 'A') {
                start->x = *rows;
                start->y = i;
            }
        }
        (*rows)++;
    }
    *cols = strlen(maze[0]) - 1;  // 去除换行符
    fclose(fp);
}

// DFS寻路算法
void dfs_pathfinding(char maze[MAX_SIZE][MAX_SIZE], int rows, int cols, Point start) {
    bool visited[MAX_SIZE][MAX_SIZE] = {false};
    Stack* path = create_stack();
    Stack* backtrack = create_stack();
    
    push(path, start);
    visited[start.x][start.y] = true;

    while (!is_empty(path)) {
        Point current = path->data[path->top];
        
        // 到达终点
        if (maze[current.x][current.y] == 'B') {
            printf("Path found:\n");
            char dirs_seq[STACK_SIZE] = {0};  // 存储方向序列
            int dir_index = 0;
            for (int i = 0; i <= path->top; i++) {
                printf("(%d, %d) ", path->data[i].x, path->data[i].y);
                // 生成方向序列（从第二个点开始）
                if (i > 0) {
                    int dx = path->data[i].x - path->data[i-1].x;
                    int dy = path->data[i].y - path->data[i-1].y;
                    
                    if(dx == -1) dirs_seq[dir_index++] = 'Y';      // 上
                    else if(dx == 1) dirs_seq[dir_index++] = 'X'; // 下
                    else if(dy == -1) dirs_seq[dir_index++] = 'C'; // 左
                    else if(dy == 1) dirs_seq[dir_index++] = 'Z'; // 右
                }
                if (maze[path->data[i].x][path->data[i].y] != 'B') {
                    maze[path->data[i].x][path->data[i].y] = '*';
                }
            }
            printf("\nDirection sequence: %s\n", dirs_seq);  // 新增方向序列输出
            return;
        }

        bool found = false;
        // 按照YXCZ顺序探索方向
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            int nx = current.x + dirs[i][0];
            int ny = current.y + dirs[i][1];
            
            if (nx >= 0 && nx < rows && ny >= 0 && ny < cols && 
                !visited[nx][ny] && maze[nx][ny] != '$') {
                Point next = {nx, ny};
                push(path, next);
                visited[nx][ny] = true;
                found = true;
                break;
            }
        }

        if (!found) {
            pop(path);  // 回溯
        }
    }

    printf("No path found!\n");
}

int main() {
    char maze[MAX_SIZE][MAX_SIZE];
    int rows, cols;
    Point start;

    read_maze(maze, &rows, &cols, &start);
    dfs_pathfinding(maze, rows, cols, start);

    // 打印带路径的迷宫
    for (int i = 0; i < rows; i++) {
        printf("%s", maze[i]);
    }
    return 0;
}

学习疑惑

DFS算法的脚本还要优化逻辑，还存在逻辑纰漏