记录一下python里面的最短路径算法

本文深入解析了Dijkstra算法的原理与实现过程,通过Python代码详细展示了如何使用该算法求解图中从一个起点到所有其他节点的最短路径。Dijkstra算法是一种用于解决加权图中单源最短路径问题的有效算法。

写了些东西,怕给忘了,在这存一下。。。。。。。。。。

最短路径的实现方法有Dijkstra方法和Floyd方法,但Floyd的时间复杂度是O(n^3),所以这次的主要介绍对象是Dijkstra算法。

#!/usr/bin/python3
# coding=utf-8
my_max = 0xffff


def Dijkstra(v, G, d, vis, n):
    # 自身到自身为0
    d[v] = 0
    for i in range(n):
        u = -1
        my_min = my_max
        for j in range(n):
            if vis[j] == False and d[j] < my_min:
                u, my_min = j, d[j]
        if u == -1:
            return
        vis[u] = True
        for s in range(n):
            if vis[s] == False and G[u][s] != my_max and d[u] + G[u][s] < d[s]:
                d[s] = d[u] + G[u][s]


def mian():
    n, edges, v = map(int, input('请输入图的节点个数,边个数和起始点:').split())
    # n = 3
    # edges = 3
    d = [my_max for t in range(n)]
    vis = [False for i in range(n)]
    G = []
    # G = [[my_max, 1, my_max], [1, my_max, 3], [my_max, 3, my_max]]
    for j in range(n):
        G.append([my_max for t in range(n)])
    for i in range(edges):
        node1, node2, edge_node = map(int, input('请输入请输入两个节点和中间的边:').split())
        G[node1][node2] = edge_node
        G[node2][node1] = edge_node

    Dijkstra(v, G, d, vis, n)
    for i in range(len(d)):
        print('节点%d到节点%d的最短距离是:%d' % (v, i, d[i]))


if __name__ == '__main__':
    mian()

**主要思路:**先把起始节点的最短距离设为0,然后进入循环,第一个循环用来找图中权重的最小值(注意:第一次遍历会找到自己),然后把找到的节点看作中间点,再依次遍历其他的未访问的节点,如果经过中间点的路线短语直线或别的路线,就更新。这才是最外层的第一次循环而已,接下来会继续遍历未访问的且距离起始点最短的中间节点,然后反复操作直至结束。结束后d列表就跟新完毕,也就是求出了起始点到各个节点的最短距离。

<think>好的,我现在需要回答用户关于迷宫最短路径算法动画演示的代码实现的问题。首先,用户提到了他们之前看到的引用内容,特别是引用[3]中的C语言代码,以及引用[4]中的货郎担问题。我需要结合这些信息来生成一个合适的回答。 首先,用户的需求是寻找用动画演示迷宫最短路径的代码示例。他们可能希望有一个可视化的实现,能够展示路径寻找的过程。根据引用[3],里面提到了迷宫的路径搜索和动画演示,使用了栈结构和处理函数。不过代码是用C语言写的,可能比较复杂,用户可能更希望一个更现代或更易懂的语言,比如Python,因为之前的示例中有Python代码。 接下来,我需要确定使用哪种算法。用户提到的是最短路径,而常见的算法是BFS,这在引用[1]和[2]中都有提到。BFS适用于无权图中的最短路径问题,迷宫问题通常也是这种情况。所以,我应该选择BFS作为基础算法。 然后,动画演示部分需要用到图形库。在Python中,常用的有turtle、pygame或者matplotlib。考虑到简单性和代码简洁,turtle可能更适合,因为它内置且易于实现简单动画。不过,引用[3]中的代码使用了控制台打印,可能用户接受基于终端的动画,但视觉效果较差。所以可能需要权衡,或者提供一个基于控制台和图形库的两种方法。 现在,我需要考虑代码结构。首先实现BFS算法找到最短路径,然后添加动画效果。动画部分需要逐步显示搜索过程,可能需要在每次访问节点时更新显示。在Python中,使用turtle的话,可以绘制迷宫,并用颜色标记已访问的节点和路径。 可能的步骤: 1. 定义迷宫结构,0表示可走,1表示障碍。 2. 使用BFS算法搜索最短路径,同时记录路径。 3. 在搜索过程中,实时更新图形界面,显示当前的搜索状态。 4. 最终绘制找到的最短路径。 需要处理的问题: - 如何实时更新动画而不阻塞主线程?可能需要使用turtle的ontimer方法或者多线程,但Python的多线程在turtle中可能有冲突。因此,可能需要在每次BFS的步骤后更新画面,并添加适当的延迟,以让用户看到过程。 - 如何表示迷宫和路径?可以使用二维数组,并在turtle中绘制每个格子,不同颜色表示不同状态。 现在,编写示例代码的大纲。首先实现BFS,然后整合动画部分。例如,使用turtle绘制迷宫,每次探索一个节点时,将该节点颜色改变,最后绘制路径。 需要检查引用中的内容。引用[3]的代码处理了栈结构和路径记录,但用户需要的是动画演示,所以可能需要将BFS的每一步可视化。引用[2]提到了优化的Lee算法,这可能与BFS类似,可以借鉴其思想。 另外,用户的问题可能还希望了解算法的步骤和原理,所以回答中需要解释BFS的工作原理,并说明如何将其转化为动画演示。 可能的代码结构: - 使用队列实现BFS。 - 记录每个节点的前驱,以重建路径。 - 在每次出队时,更新图形界面,显示当前正在访问的节点。 - 使用不同的颜色表示已访问、正在访问、路径等状态。 可能遇到的问题: - 动画速度过快,无法看清过程。解决方法:在每次更新后添加延迟。 - 迷宫的大小和绘制比例。需要根据迷宫的大小调整每个格子的大小。 总结,我需要提供一个使用Python和turtle库的示例代码,实现迷宫最短路径的BFS算法,并带有动画演示。同时,解释代码的关键部分和算法流程,确保用户能够理解如何将算法与动画结合起来。</think>### 迷宫最短路径算法与动画演示实现 #### 算法原理 迷宫最短路径问题通常使用**广度优先搜索(BFS)**解决。BFS会逐层遍历所有可达路径,首次到达终点时记录的路径即为最短路径[^1]。算法步骤如下: 1. 定义队列存储待探索的坐标和路径; 2. 标记已访问的节点避免重复; 3. 每次从队列头部取出节点,向四个方向扩展; 4. 到达终点时返回路径。 #### 动画演示代码实现(Python + `turtle` 库) 以下代码结合BFS算法与`turtle`图形库实现动态搜索过程: ```python import turtle from collections import deque # 迷宫定义 (0:可通行, 1:障碍) maze = [ [0, 1, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 1, 0], [0, 1, 1, 1, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [1, 1, 0, 1, 0] ] start = (0, 0) end = (4, 4) # 初始化turtle画布 t = turtle.Turtle() screen = turtle.Screen() screen.setup(500, 500) screen.tracer(0) cell_size = 40 # 绘制迷宫 def draw_maze(): t.penup() for y in range(len(maze)): for x in range(len(maze[0])): if maze[y][x] == 1: t.goto(x*cell_size - 200, 200 - y*cell_size) t.color("gray") t.begin_fill() for _ in range(4): t.forward(cell_size) t.right(90) t.end_fill() # BFS搜索与动画更新 def bfs_with_animation(): queue = deque([(start[0], start[1], [])]) visited = set() directions = [(-1,0), (1,0), (0,-1), (0,1)] while queue: x, y, path = queue.popleft() if (x, y) == end: return path + [(x, y)] # 返回最终路径 if (x, y) not in visited: visited.add((x, y)) # 绘制当前探索节点(蓝色) t.goto(x*cell_size - 200 + 5, 200 - y*cell_size - 35) t.color("blue") t.dot(30) screen.update() for dx, dy in directions: nx, ny = x + dx, y + dy if 0 <= nx < len(maze[0]) and 0 <= ny < len(maze) and maze[ny][nx] == 0: queue.append((nx, ny, path + [(x, y)])) turtle.delay(100) # 控制动画速度 return None # 绘制最终路径(红色) def draw_path(path): t.color("red") t.width(3) for x, y in path: t.goto(x*cell_size - 200 + 20, 200 - y*cell_size - 20) t.pendown() t.penup() # 执行主程序 draw_maze() final_path = bfs_with_animation() if final_path: draw_path(final_path) print(f"最短路径步数: {len(final_path)-1}") else: print("无解") screen.mainloop() ``` #### 关键代码说明 1. **迷宫绘制**:使用`turtle`库绘制灰色障碍物; 2. **BFS过程可视化**:每次探索节点时用蓝色圆点标记; 3. **路径回溯**:找到终点后用红色线条连接路径; 4. **性能优化**:`screen.tracer(0)`关闭自动刷新,手动控制更新频率。 #### 效果演示 1. 蓝色轨迹显示搜索过程中的节点扩展; 2. 红色线条标记最终找到的最短路径; 3. 障碍物用灰色方块表示(示例迷宫可自定义修改)。 ![Maze BFS Animation](https://via.placeholder.com/500x500?text=Maze+BFS+Animation+Demo)[^3]
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