迷宫问题 ( BFS )

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。
Input
一个5 × 5的二维数组,表示一个迷宫。数据保证有唯一解。
Output
左上角到右下角的最短路径,格式如样例所示。
Sample Input
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
Sample Output
(0, 0)
(1, 0)
(2, 0)
(2, 1)
(2, 2)
(2, 3)
(2, 4)
(3, 4)

(4, 4)



此题是BFS的经典题目,找到路径不难,我当时遇到的麻烦是如何把最短的路径保存下来。

方法:BFS选择的容器是队列queue,先将第一个(0,0)传入BFS中,并将它存入queue中,随后上下左右搜索合法的路径,并存入queue中,保存合法坐标的前一个坐标,最后递归输出坐标。


AC代码:

#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<cmath>
#include<queue>
#include<set>
#include<stack>
#include<map>
#include<cstdlib>
using namespace std;
#define ll long long
struct NODE{
    int x,y;
}pre[5][5];
int a[5][5];
int dir[4][2]={{1,0},{0,1},{-1,0},{0,-1}};    //定义搜索的方向,上下左右
int vis[5][5]={0};
queue<NODE> q;
void print(int i,int j){
    if(i==0&&j==0){     //递归到起点了就开始打印返回
        printf("(0, 0)\n");
        return;
    }
    print(pre[i][j].x,pre[i][j].y);  //否则递归到前一个点
    printf("(%d, %d)\n",i,j);      //依次输出
}
void bfs(int i,int j){
    NODE fir;        //保存第一个(或前一个)合法点的坐标
    fir.x=i;
    fir.y=j;
    q.push(fir);       //存入queue
    while(!q.empty()){
        fir=q.front();
        q.pop();         //第一个点(起点)就没有用了,往下搜索合法的点
        for(int i=0;i<4;i++){
            NODE tmp;     //  定义暂时可能要搜索的点
            tmp.x=fir.x+dir[i][0];      
            tmp.y=fir.y+dir[i][1];
            if(tmp.x<0||tmp.y<0||tmp.x>=5||tmp.y>=5||a[tmp.x][tmp.y])continue;   //表示要搜索的点越界或是“墙”,不合法continue
            else {
                a[tmp.x][tmp.y]=1;  //合法就将此点置为1,保证以后不会再扫到这个点了(或者用vis数组也行)
                q.push(tmp);       //入队
                pre[tmp.x][tmp.y]=fir;  //这里很关键了,表示记录这个正在搜索的合法的点(tmp.x,tmp.y)的前一个点是fir(即fir.x,fir.y)
                fir.x=tmp.x;        //更新“前一个点”
                fir.y=tmp.y;
            }
        }
    }
}
int main()
{
    for(int i=0;i<5;i++)
        for(int j=0;j<5;j++)
            scanf("%d",&a[i][j]);
    while(!q.empty())
        q.pop();     //使用队列一个好习惯就是使用前清空
    bfs(0,0);     //开始搜索,从第一个位置开始
    print(4,4);    //打印坐标
    return 0;
}




使用广度优先搜索(BFS)和深度优先搜索(DFS)解决迷宫问题是常见的图搜索算法应用。 ### BFS解决迷宫问题 BFS采用逐层扩展的方式,先访问当前节点的所有邻居节点,再逐层向外扩展,适合搜索最短可行路径,且第一次找到的可行解一定是最短路径 [^2][^4]。 解决步骤如下: 1. 定义迷宫类,包含迷宫的行数、列数和一个二维的字符数组表示迷宫。 2. 实现`bfs`函数,用于进行广度优先搜索,以找到从起点到终点的路径。 3. 在`main`函数中,创建一个迷宫对象,并调用`bfs`函数来解决迷宫问题。 示例代码如下: ```python from collections import deque # 定义迷宫类 class Maze: def __init__(self, rows, cols, maze): self.rows = rows self.cols = cols self.maze = maze def bfs(self, start, end): # 定义四个方向:上、下、左、右 directions = [(-1, 0), (1, 0), (0, -1), (0, 1)] # 初始化队列 queue = deque([(start, [start])]) # 记录已访问的节点 visited = set([start]) while queue: (x, y), path = queue.popleft() if (x, y) == end: return path for dx, dy in directions: new_x, new_y = x + dx, y + dy if 0 <= new_x < self.rows and 0 <= new_y < self.cols and self.maze[new_x][new_y] == 0 and (new_x, new_y) not in visited: new_path = path + [(new_x, new_y)] queue.append(((new_x, new_y), new_path)) visited.add((new_x, new_y)) return None # 示例迷宫 maze = [ [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] ] m = Maze(5, 5, maze) start = (0, 0) end = (4, 4) path = m.bfs(start, end) if path: print("最短路径:", path) else: print("未找到路径") ``` ### DFS解决迷宫问题 DFS是一种递归的搜索算法,其核心思想是沿着一个分支尽可能深入地搜索,直到达到最深的节点,然后再回溯到上一层,继续探索其他分支,适合搜索所有的可行路径,但第一次找到的可行解不一定是最短路径 [^2][^4]。 解决步骤如下: 1. 定义迷宫的二维数组。 2. 实现`dfs`函数,用于进行深度优先搜索。 3. 在`main`函数中,调用`dfs`函数来解决迷宫问题。 示例代码如下: ```python # 定义迷宫 maze = [ [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] ] rows = 5 cols = 5 start = (0, 0) end = (4, 4) # 记录所有可行路径 all_paths = [] def dfs(x, y, path, visited): if (x, y) == end: all_paths.append(path[:]) return directions = [(-1, 0), (1, 0), (0, -1), (0, 1)] for dx, dy in directions: new_x, new_y = x + dx, y + dy if 0 <= new_x < rows and 0 <= new_y < cols and maze[new_x][new_y] == 0 and (new_x, new_y) not in visited: path.append((new_x, new_y)) visited.add((new_x, new_y)) dfs(new_x, new_y, path, visited) path.pop() visited.remove((new_x, new_y)) visited = set([start]) dfs(start[0], start[1], [start], visited) if all_paths: shortest_path = min(all_paths, key=len) print("最短路径:", shortest_path) else: print("未找到路径") ```
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