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佇列的應用——求解迷宮問題

程式碼示例:

#include <iostream>
using namespace std;
const int MaxSize = 20;				//迷宮最大行、列數
const int QueueSize = 100;			//順序隊大小
struct Box							//方塊結構體型別
{
	int i;							//方塊的行號
	int j;							//方塊的列號
	int pre;						//本路徑中上一方塊在佇列中的下標
};
class Queue							//非迴圈順序佇列類
{
	Box *data;						//存放隊中方塊
	int front, rear;				//隊頭隊尾指標
public:
	Queue();						//建構函式:佇列初始化
	~Queue();						//解構函式:釋放佇列空間
	bool QueueEmpty();				//判斷佇列是否為空
	void edQueue(int x, int y, int pre1);	//進隊一個方塊
	void deQueue(int &x, int &y, int &cfront);	//出隊一個方塊
	void DispBox(int cfront);		//從cfront出發找一條迷宮路徑
	void DispQueue();				//用於輸出隊中所有元素,除錯用
};
Queue::Queue()										//建構函式:佇列初始化
{
	data = new Box[QueueSize];
	front = rear = -1;
}
Queue::~Queue()										//解構函式:釋放佇列空間
{
	delete[] data;
}
bool Queue::QueueEmpty()							//判斷佇列是否為空
{
	return(front == rear);
}
void Queue::edQueue(int x, int y, int pre1)			//進隊一個方塊
{
	rear++;
	data[rear].i = x;
	data[rear].j = y; 
	data[rear].pre = pre1;
}
void Queue::deQueue(int &x, int &y, int &cfront)	//出隊一個方塊
{
	front++;
	x = data[front].i; 
	y = data[front].j;
	cfront = front;
}
void Queue::DispBox(int cfront)						//從cfront出發找一條迷宮路徑
{
	Box path[QueueSize];
	int k, d = -1;
	k = cfront;
	while (k != -1)									//找到入口為止
	{
		d++;										//將一個方塊儲存到path中
		path[d].i = data[k].i; 
		path[d].j = data[k].j;
		k = data[k].pre;							//回退找上一個方塊
	}
	cout << "一條迷宮路徑如下:\n";
	for (k = d; k >= 0; k--)						//反向輸出構成一條正向的迷宮路徑
	{
		cout << "  (" << path[k].i << "," << path[k].j << ")";
		if ((d - k + 1) % 5 == 0) cout << endl;		//每行輸出5個方塊
	}
	cout << endl;
}
void Queue::DispQueue()								//用於輸出隊中所有元素,除錯用
{
	int i;
	cout << "隊中所有元素:\n";
	for (i = 0; i <= rear; i++)
		cout << "  " << i << " (" << data[i].i << "," << data[i].j << ")  " << data[i].pre << endl;
}
class Maze2											//用佇列求解一條迷宮路徑類
{
	int a[MaxSize][MaxSize];						//迷宮陣列
	int m, n;										//迷宮行列數
public:
	void Seta(int mg[][MaxSize], int m1, int n1);	//設定迷宮陣列
	bool mgpath(int xi, int yi, int xe, int ye);
};
void Maze2::Seta(int mg[][MaxSize], int m1, int n1)	//設定迷宮陣列
{
	int i, j;
	m = m1;
	n = n1;
	for (i = 0; i<m; i++)
		for (j = 0; j<n; j++)
			a[i][j] = mg[i][j];
}
bool Maze2::mgpath(int xi, int yi, int xe, int ye)
{
	int i, j, di, cfront, i1, j1;
	Queue qu;										//建立一個空隊qu
	qu.edQueue(xi, yi, -1);							//入口進隊,其pre置為-1
	a[xi][yi] = -1;									//為避免來回找相鄰方塊,將進隊的方塊置為-1
	while (!qu.QueueEmpty())						//隊不空時迴圈
	{
		qu.deQueue(i, j, cfront);					//出隊一個方塊,該方塊仍在佇列中
		if (i == xe && j == ye)						//找到了出口,輸出路徑
		{
			qu.DispBox(cfront);
			qu.DispQueue();
			return true;							//找到一條路徑時返回true
		}
		for (di = 0; di<4; di++)					//迴圈掃描每個方位,把每個可走的方塊進隊
		{
			switch (di)
			{
				case 0:i1 = i - 1; j1 = j;   break;
				case 1:i1 = i;   j1 = j + 1; break;
				case 2:i1 = i + 1; j1 = j;   break;
				case 3:i1 = i;   j1 = j - 1; break;
			}
			if (a[i1][j1] == 0)						//找到一個相鄰可走方塊
			{
				qu.edQueue(i1, j1, cfront);			//將該相鄰方塊進隊,並置其pre為父方塊下標cfront
				a[i1][j1] = -1;						//為避免來回找相鄰方塊,將進隊的方塊置為-1
			}
		}
	}
	return false;									//未找到任何路徑時返回false
}
void main()
{
	int mg[][MaxSize] = 
	{ { 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1 }, { 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1 },
	{ 1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1 }, { 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1 },
	{ 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1 }, { 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1 },
	{ 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1 }, { 1, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 1 },
	{ 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1 }, { 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1 } };
	Maze2 mz;									//建立一個Maze2物件mz
	mz.Seta(mg, 10, 10);						//設定迷宮陣列
	cout << "求(1,1)到(8,8)的迷宮路徑\n";
	if (!mz.mgpath(1, 1, 8, 8))					//求入口為(1,1)出口為(8,8)的迷宮路徑
		cout << "不存在迷宮路徑\n";
}