C++迷宫问题(广度优先算法)

本文介绍了如何使用C++编程实现迷宫问题的广度优先搜索算法,通过二维数组表示迷宫,从入口(1,1)出发寻找出路。代码中展示了队列、栈和结构体的运用,以及如何标记路径和恢复原地图。核心算法在`MazePath`函数中,当找到出口时返回路径并结束搜索。

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迷宫问题 广度优先算法

问题:用一个二维数组来存储迷宫,数组中的每个元素的值只取0或1,其中0表示此路可通,1表示此路不通。对于上例的迷宫可存储如图:
在这里插入图片描述
假定迷宫入口坐标为(1,1)
输出为路径
实现代码如下:

/*
迷宫问题(广度优先算法)
作者:Lumao
版本:2021/3/28 0.0版
方法:C++ 队列 栈 数组 结构体 循环 广度优先算法
目标:找一条出路即结束
要点:队列的类型step step类型中的pre指针指向前驱,找到路径
小结:感觉有疏漏的情况
*/
#include<iostream>
#include<queue>
#include<stack>
using namespace std;
#define m 6
#define n 8
int theMap[][n + 2] = {//原地图
	{ 1,1,1,1,1,1,1,1,1,1 },
	{ 1,0,1,1,1,0,1,1,1,1 },
	{ 1,1,0,1,0,1,0,1,0,1 },
	{ 1,0,1,0,0,1,1,1,1,1 },
	{ 1,0,1,1,1,0,0,1,1,1 },
	{ 1,1,0,0,1,1,0,0,0,1 },
	{ 1,0,1,1,0,0,1,1,0,1 },
	{ 1,1,1,1,1,1,1,1,1,1 }
};
int maze[m + 2][n + 2];//地图
struct step
{
	int x, y;
	step*pre;
};
struct step Move[8]{
	//step 类型数组Move代表8个前进方向
	{ 0,1,NULL },
	{ 1,1,NULL },
	{ 1,0,NULL },
	{ 1,-1,NULL},
	{ 0,-1,NULL},
	{ -1,-1,NULL},
	{ -1,0,NULL},
	{ -1,1,NULL}
};
void initialize(int maze[m + 2][n + 2])//初始化地图
{
	for (int i = 0; i < m + 2; i++)
		for (int j = 0; j < n + 2; j++)
			maze[i][j] = theMap[i][j];
}
void Restore(int maze[m + 2][n + 2])//恢复原地图
{
	initialize(maze);
}
void PrintPath(step* temp1)//打印路径
{
	stack<step>s;
	while (temp1 != NULL)
	{
		s.push(*temp1);
		temp1 = temp1->pre;
	}
	while (!s.empty())
	{
		cout << "(" << s.top().x << "," << s.top().y << ")" << endl;
		s.pop();
	}
	cout << endl;
}
int MazePath()
{
	queue<step*>q;//用于广搜的队列
	step*temp1, *temp2;
	int x, y, loop;
	temp1 = new step;
	temp1->x = 1;
	temp1->y = 1;
	temp1->pre = NULL;
	maze[1][1] = -1;//标志入口已经到达过
	q.push(temp1);//将入口入列
	while (!q.empty())//队列不空,继续广搜
	{
		temp2 = q.front();
		q.pop();
		for (loop = 0; loop < 8; loop++)
		{
			x = temp2->x + Move[loop].x;
			y = temp2->y + Move[loop].y;
			if (maze[x][y] == 0)
			{
				temp1 = new step;
				temp1->x = x;
				temp1->y = y;
				temp1->pre = temp2;//设置前驱指针
				maze[x][y] = -1;//标志该位置已到达过
				q.push(temp1);
				if ((x == m) && (y == n))//到达出口
				{
					cout << "The path is:" << endl;
					PrintPath(temp1);//从temp1开始往回指向即为路径
					Restore(maze);//恢复迷宫
					return 1;//找到路径结束函数
				}
			}
		}
	}
	return 0;//没有找到路径
}
int main()
{
	initialize(maze);
	MazePath();
	system("pause");
	return 0;
}
使用广度优先索来解决迷宫问题需要借助一个队列来实现。以下是一个基于队列的 C++ 实现示例: ```c++ #include <iostream> #include <vector> #include <queue> using namespace std; // 定义迷宫类型 typedef vector<vector<int>> Maze; // 定义状态类型 struct State { int x, y, step; }; // 定义方向数组 const int dx[] = {0, 0, 1, -1}; const int dy[] = {1, -1, 0, 0}; // 判断是否越界 bool isValid(const Maze& maze, int x, int y) { return x >= 0 && x < maze.size() && y >= 0 && y < maze[0].size() && maze[x][y] == 0; } // 广度优先索 int bfs(Maze& maze, int sx, int sy, int ex, int ey) { queue<State> q; q.push({sx, sy, 0}); // 将起点入队 maze[sx][sy] = -1; // 标记为已访问 while (!q.empty()) { State s = q.front(); q.pop(); if (s.x == ex && s.y == ey) { // 到达终点 return s.step; } for (int i = 0; i < 4; i++) { // 尝试四个方向 int nx = s.x + dx[i], ny = s.y + dy[i]; if (isValid(maze, nx, ny)) { q.push({nx, ny, s.step + 1}); // 将新状态入队 maze[nx][ny] = -1; // 标记为已访问 } } } return -1; // 无解 } int main() { // 读入迷宫 int n, m; cin >> n >> m; Maze maze(n, vector<int>(m)); for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < m; j++) { cin >> maze[i][j]; } } // 索 int steps = bfs(maze, 0, 0, n - 1, m - 1); if (steps >= 0) { cout << steps << endl; } else { cout << "No" << endl; } return 0; } ``` 在上面的实现中,我们使用一个结构体来表示状态,包括当前位置坐标已经的步数。在索过程中,我们使用一个队列来保存状态,从起点开始,依次尝试四个方向,将新状态加入队列中,直到到达终点或者队列为空为止。索过程中,我们使用 -1 表示已访问状态,0 表示未访问状态。如果找到了到终点的径,则返回径长度,否则返回 -1 表示无解。
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