深度優先搜尋:能否走出迷宮
阿新 • • 發佈:2019-01-23
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分析
如果能走出迷宮,只需要找到其中的一條路徑即可,所以適合用深度優先搜尋。而廣度優先搜尋會去找所有路徑中最短的,所以會在較大規模的迷宮中消耗較長的時間。
深度優先搜尋在此問題中就是一種回溯法,具體思路是
1. 一旦搜尋到一個可行點,立刻按照縱深
2. 每個可行點都要進行標記,保證之後不重複走已經標記的可行點;
3. 一旦發現當前點沒有下一個可行點時,就從當前點退回到上一個可行點,從上一個可行點繼續搜尋可行點;
4. 如果上一個可行點仍然沒有可行點,則一直退回直到某個最近點可以繼續搜尋可行點;
5. 如果一直退回到起點都不能搜尋到下一個可行點,那麼不能走出迷宮返回失敗。
深度優先搜尋可以使用遞迴的方式簡單實現,而非遞迴的方式更能展現其搜尋軌跡。非遞迴過程需要使用棧來儲存搜尋點,一旦搜尋到可行點立刻入棧,並從此點縱深搜尋下一個可行點;而如果沒有下一個可行點,則當前點出棧,從上一個可行點繼續搜尋。
具體到本題,需要將鐳射經過的地方都標記為不可行點,然後按照深度優先搜尋來尋找一條路徑。但鐳射是一條直線不好表示為不可行點,我們可以將直線轉化為一條向上凸起的折線,這樣的折線只有兩種形態,可見這樣的轉化並不會改變最後結果。
程式碼
import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Queue;
import java.util.Scanner;
import java.util.Stack;
public class LaserMaze {
static final int[][] MOVES = new int[][]{{0 , 1}, {1, 0}, {0, -1}, {-1, 0}};// 優先向右下方向前進
static class Pos {
int x;
int y;
Pos(int x, int y) {
this.x = x;
this.y = y;
}
@Override
public boolean equals(Object obj) {
return ((Pos) obj).x == this.x && ((Pos) obj).y == this.y;
}
}
// 廣度優先搜尋會超時
static int bfs(Pos start, Pos end, boolean[][] visited, int m, int n) {
Queue<Pos> queue = new ArrayDeque<>(m * n);
queue.add(start);
Pos cur;
while (!queue.isEmpty()) {
cur = queue.remove();
if (cur.equals(end)) return 1;
visited[cur.x][cur.y] = true;
for (int[] step : MOVES) {
int x = cur.x + step[0];
int y = cur.y + step[1];
if (x >= 0 && x <= n && y >= 0 && y <= m && !visited[x][y]) {
Pos nextPos = new Pos(x, y);
queue.add(nextPos);
}
}
}
return 0;
}
// 深度優先搜尋遞迴實現
static int dfs(Pos cur, Pos end, boolean[][] visited, int m, int n) {
if (cur.equals(end)) return 1;// 找到一條路徑就返回
visited[cur.x][cur.y] = true;// 先對當前點標記,對已經走過的位置不重複走
for (int[] step : MOVES) {
int x = cur.x + step[0];
int y = cur.y + step[1];
if (x >= 0 && x <= n && y >= 0 && y <= m && !visited[x][y]) {
Pos next = new Pos(x, y);
int ret = dfs(next, end, visited, m, n);// 對下一個可行點立刻縱深搜尋
if (ret == 1) return 1;// 如果找到一條路徑則立即返回,否則尋找下一個可行點
}
}
return 0;
}
// 深度優先搜尋非遞迴實現
static int dfs2(Pos start, Pos end, boolean[][] visited, int m, int n) {
Stack<Pos> stack = new Stack<>();
stack.push(start);
visited[start.x][start.y] = true;// 入棧點立刻標記
Pos cur;
boolean hasNext;
while (!stack.isEmpty()) {
cur = stack.peek();
if (cur.equals(end)) return 1;// 找到一條路徑就返回
hasNext = false;// 有沒有下一個可行點
for (int[] step : MOVES) {
int x = cur.x + step[0];
int y = cur.y + step[1];
if (x >= 0 && x <= n && y >= 0 && y <= m && !visited[x][y]) {
Pos next = new Pos(x, y);
stack.push(next);
visited[x][y] = true;// 入棧點立刻標記
hasNext = true;
break;// 對找到的下一個可行點立刻縱向搜尋
}
}
if (!hasNext) stack.pop();// 沒有下一個可行點則當前點出棧
}
return 0;
}
static void makeLaser(int[][] lasers, boolean[][] visited) {
for (int[] aLaser : lasers) {// 保證折線是上凸的
if (aLaser[3] > aLaser[1]) {
for (int i = aLaser[1]; i <= aLaser[3]; i++) {
visited[aLaser[0]][i] = true;
}
for (int i = aLaser[0]; i <= aLaser[2]; i++) {
visited[i][aLaser[3]] = true;
}
} else {
for (int i = aLaser[0]; i <= aLaser[2]; i++) {
visited[i][aLaser[3]] = true;
}
for (int i = aLaser[3]; i <= aLaser[1]; i++) {
visited[aLaser[0]][i] = true;
}
}
}
}
public static void main(String[] args) {
Scanner sc = new Scanner(System.in);
int m = sc.nextInt();
int n = sc.nextInt();
int nlaser = sc.nextInt();
int[][] lasers = new int[nlaser][4];
boolean[][] visited = new boolean[n + 1][m + 1];
for (int i = 0; i < nlaser; i++) {
int x1 = sc.nextInt();
int y1 = sc.nextInt();
int x2 = sc.nextInt();
int y2 = sc.nextInt();
if (x1 < x2) {// 保證laser[0]<laser[2]
lasers[i][0] = x1;
lasers[i][1] = y1;
lasers[i][2] = x2;
lasers[i][3] = y2;
} else {
lasers[i][0] = x2;
lasers[i][1] = y2;
lasers[i][2] = x1;
lasers[i][3] = y1;
}
}
makeLaser(lasers, visited);
Pos start = new Pos(0, 0);
Pos end = new Pos(n, m);
System.out.println(dfs(start, end, visited, m, n));
}
}