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利用广度优先和深度优先算法解决迷宫问题【算法设计与分析】<图搜索问题>

时间:2021-08-17 13:18:39

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利用广度优先和深度优先算法解决迷宫问题【算法设计与分析】<图搜索问题>

实验问题:

给定一个n*n的迷宫,要求利用广度优先和深度优先算法解决迷宫问题

问题分析:

对于此问题首先要明确搜索顺序

可以分为两种方法求解问题:1.广度优先算法2.深度优先算法

(1)对于深度优先算法来说:<如果规定遍历顺序为下,右,上,左>

首先对于起始节点寻找其下节点,如果此节点能走,将其压入堆栈,并以此节点为准,在寻找其下节点,如果能走压入,不能走,就依次寻找右,上,左节点。直到找到最后一个节点即出口,将堆栈的值依次输出就是迷宫的路径。

(2)对于广度优先算法来说:<如果规定遍历顺序为下,右,上,左>

首先对于起始节点寻找其下节点,如果此节点能走,将其压入队列,并将起始节点压出队列。不能走就依次搜索右,上,左。直到找到最后一个节点即迷宫的出口。

数学建模:

开辟两个数组分别记录搜索顺序

用一个二位数组初始化迷宫,有墙处就是1,没墙处就是0,并归定不同的迷宫数组状态,maze[i][j]=0说明可以走;<maze[i][j]=1说明是墙;maze[i][j]=2说明无法继续 走;maze[i][j]=3说明已走>

依次按顺序搜索,搜索到一个节点就将其置为3,并依次顺序搜索这个节点的下,右,上,左节点。

当遇到无路可走且还未到终点时,将此节点值回复为0,并回溯到上个节点寻找解。

实验代码:

//采用深度优先算法解决走迷宫问题//#define _CRT_NO_SECURE_WARNINGS////#include<stdio.h>//#include<iostream>////using namespace std;////int maze[8][8] = { {0,0,0,0,0,0,0,0},{0,1,1,1,1,0,1,0},{0,0,0,0,1,0,1,0},{0,1,0,0,0,0,1,0},{0,1,0,1,1,0,1,0},{0,1,0,0,0,0,1,1},{0,1,0,0,1,0,0,0} ,{0,1,1,1,1,1,1,0} };//确定搜索顺序(下,右,上,左)//int X[4] = { 1,0,-1,0 };//int Y[4] = { 0,1,0,-1 };//maze[i][j]=0说明可以走//maze[i][j]=1说明是墙//maze[i][j]=2说明无法继续走//maze[i][j]=3说明已走////打印路径//void print() {//for (int i = 0;i < 8;i++) {//for (int j = 0;j < 8;j++) {//if (3 == maze[i][j]) {//cout << "A";//}//else {//cout << "-";//}//}//cout << "\n";//}//cout << "\n";//cout << "********"<<'\n';//cout << "\n";//}////void search(int i, int j) {//int x = 0;//int y = 0;//按照一个方向搜索到最后//for (int k = 0;k < 4;k++) {//x = i + X[k];//y = j + Y[k];////搜索到可以走的结点//if (x >= 0 && x < 8 && y >= 0 && y < 8 && 0 == maze[x][y]) {//maze[x][y] = 3;//搜索到迷宫的最后一个结点即出口//if (7 == x && 7 == y) {//print();//maze[x][y] = 0;//}//else {//search(x, y);//}//}//}//若不成功回溯时将此节点置为0让其可以被其他路径访问//maze[i][j] = 0;//}////int main() {//maze[0][0] = 3;//search(0, 0);//system("pause");//return 0;//}//采用广度优先算法解决走迷宫问题#define _CRT_NO_SECURE_WARNINGS#include<stdio.h>#include<iostream>#include<vector>using namespace std;int maze[8][8] = { {0,0,0,0,0,0,0,0},{0,1,1,1,1,0,1,0},{0,0,0,0,1,0,1,0},{0,1,0,0,0,0,1,0},{0,1,0,1,1,0,1,0},{0,1,0,0,0,0,1,1},{0,1,0,0,1,0,0,0} ,{0,1,1,1,1,1,1,0} };//确定搜索顺序(下,右,上,左)int X[4] = { 1,0,-1,0 };int Y[4] = { 0,1,0,-1 };//maze[i][j]=0说明可以走//maze[i][j]=1说明是墙//maze[i][j]=2说明无法继续走//maze[i][j]=3说明已走struct sq {int x;int y;int pre;};void print() {for (int i = 0;i < 8;i++) {for (int j = 0;j < 8;j++) {if (3 == maze[i][j]) {cout << "A";}else {cout << "-";}}cout << "\n";}cout << '\n';}void mark(vector<sq>& q, int dex) {sq temp = q[dex];maze[temp.x][temp.y] = 3;//找到合适路径if (0 == temp.x && 0 == temp.y) {return;}//未找到路径回溯上一个节点else {mark(q, temp.pre);}}void search() {struct sq point;struct sq temp;int qh = 0;int qe = 1;point.x = 0;point.y = 0;point.pre = -1;vector<sq> q;int x = 0;int y = 0;//-1代表被访问过maze[point.x][point.y] = -1;q.push_back(point);//队列不为空while (qh != qe) {//节点出队temp = q[qh];qh++;//寻找下个节点可以走的地方for (int k = 0;k < 4;k++) {//按照一个方向搜索到最后x = temp.x + X[k];y = temp.y + Y[k];if (x >= 0 && x < 8 && y >= 0 && y < 8 && 0 == maze[x][y]) {//找到节点sq get_point;get_point.pre = qh - 1;get_point.x = x;get_point.y = y;//让其入队q.push_back(get_point);qe++;//找到迷宫的最后一个节点即出口if (7 == x && 7 == y) {mark(q, qe - 1);print();return;}}}}}int main() {maze[0][0] = 3;search();system("pause");return 0;}

实验结果:

广度优先遍历:

深度优先遍历:

时间复杂度分析:

最坏情况下:O(4(m*n-1))(4为4个方向,m*n为迷宫空间)每个点都试探了一遍

最好情况O(min(m*n)-1)

算法的时间复杂度为O(2m*n)

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