BFS 迷宫问题

本文介绍如何使用BFS(广度优先搜索)解决从迷宫左上角到右下角的最短路径问题。在给定的5x5迷宫中,通过1表示墙壁,0表示可通行道路,确保存在唯一解。算法通过队列进行广搜,并用堆栈记录路径,最终输出最短路径。

001:迷宫问题

总时间限制: 1000ms 内存限制: 65536kB
描述
定义一个二维数组:

int maze[5][5] = {

0, 1, 0, 0, 0,

0, 1, 0, 1, 0,

0, 0, 0, 0, 0,

0, 1, 1, 1, 0,

0, 0, 0, 1, 0,

};

它表示一个迷宫,其中的1表示墙壁,0表示可以走的路,只能横着走或竖着走,不能斜着走,要求编程序找出从左上角到右下角的最短路线。

输入
一个5 × 5的二维数组,表示一个迷宫。数据保证有唯一解。
输出
左上角到右下角的最短路径,格式如样例所示。
样例输入

0 1 0 0 0
0 1 0 1 0
0 0 0 0 0
0 1 1 1 0
0 0 0 1 0

样例输出

(0, 0)
(1, 0)
(2, 0)
(2, 1)
(2, 2)
(2, 3)
(2, 4)
(3, 4)
(4, 4)

题解
求最短路径+路径过程
队列执行广搜+堆栈储存路径

#include<iostream>
#include<cstring>
#include<algorithm>
using namespace std;

int maze[10][10];    //存放迷宫

struct Step{
		int x; //行 
		int y; //列 
		int f; //父节点在队列中的下标 
};

int visited[10][10];        //标记该位置是否入队
Step Queue[50];      //自建队列
int head;  //指向0 
int tail; //指向0  
int dp[4][2]={{1,0},{-1,0},{0,1},{0,-1}};          //搜索顺序
void Print(Step a){             //模拟堆栈
	if(a.f==-1) {
	cout<<"("<<a.x<<", "<<a.y<<")"<<endl;
	return;
	}
	Print(Queue[a.f]);       //进入父节点
	cout<<"("<<a.x<<", "<<a.y<<")"<<endl;
}
int main(){
	for (int i=0;i<5;i++)
		for (int j=0;j<5;j++){
			cin>>maze[i][j];       //保存迷宫
		}
	memset(visited,0,sizeof visited);         //初始化visited
	memset(Queue,0,sizeof Queue);             //初始化队列
	head=tail=0;                         //初始化头尾指针
	                      
	Queue[tail].x=0;            
	Queue[tail].y=0;         
	Queue[tail].f=-1;		//x0,y0,步数0,无父节点
						    
	tail++;	                   //Queue[0]为起点
	visited[0][0]=1;            
	while(tail!=head){          //当队列不为空 
		Step s=Queue[head];       //取出队首 
		if(s.x==4&&s.y==4){       //队首为所求点
		Print(s);
		break;
		}
		else{
			for(int t=0;t<4;t++){         //四种走法,逐个入队
				int x1=s.x+dp[t][0];
				int y1=s.y +dp[t][1];
				if(x1>=0&&x1<5&&y1>=0&&y1<5&& !visited[x1][y1]&&maze[x1][y1]==0){
				Queue[tail].x=x1;
				Queue[tail].y=y1;
				Queue[tail].f=head;
				visited[x1][y1]=1;
				tail++;
				}
			}
			head++;
		}
	}
	return 0;
}
### 使用BFS算法解决迷宫问题 #### 广度优先搜索(BFS)简介 广度优先搜索是一种用于遍历或搜索树或图的算法。该算法从根节点开始,沿着树的宽度展开,在任何节点深入其子节点之前先访问其所有兄弟节点。对于迷宫问题而言,这意味着会逐层探索每一个可能的方向直到找到出口或者确认无路可走。 #### 解决迷宫问题的具体方法 为了利用BFS求解迷宫中的最短路径,通常采用队列数据结构来存储待处理的位置坐标,并标记已经访问过的格子以防重复计算。每当遇到一个新的未被访问过且不是障碍物的位置时,则将其加入到队列末端继续后续探索;当到达目标位置即终点时结束程序并返回所经过的距离数作为答案长度[^1]。 下面给出一段基于上述原理实现的Java版本代码: ```java import java.util.LinkedList; import java.util.Queue; public class MazeSolver { private static final int[][] directions = {{-1, 0}, {0, 1}, {1, 0}, {0, -1}}; public static boolean isValid(int x, int y, int m, int n, boolean[][] visited){ return (x >= 0 && x < m && y >= 0 && y < n && !visited[x][y]); } public static void bfs(int[][] maze, int startX, int startY, int endX, int endY){ Queue<int[]> queue = new LinkedList<>(); boolean [][] visited = new boolean[maze.length][maze[0].length]; queue.offer(new int[]{startX,startY}); visited[startX][startY]=true; while(!queue.isEmpty()){ int[] currentPos=queue.poll(); if(currentPos[0]==endX&&currentPos[1]==endY){ System.out.println("Found path!"); break; } for(int i=0;i<directions.length;i++){ int nextX=currentPos[0]+directions[i][0],nextY=currentPos[1]+directions[i][1]; if(isValid(nextX,nextY,maze.length,maze[0].length,visited)&&maze[nextX][nextY]!=1){ queue.add(new int[]{nextX,nextY}); visited[nextX][nextY]=true; } } } } } ``` 此段代码实现了基本功能,可以判断是否存在一条由起点至终点的有效通路。如果需要获取具体路径而非仅仅验证连通性的话,则还需要额外记录每个结点是从哪个前驱结点转移而来以便回溯构建完整的行走路线[^3]。
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