算法笔记练习 8.1 深度优先搜索(DFS) 问题 F: 【递归入门】走迷宫

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题目

题目描述

有一个nm格的迷宫(表示有n行、m列),其中有可走的也有不可走的,如果用1表示可以走,0表示不可以走,文件读入这nm个数据和起始点、结束点(起始点和结束点都是用两个数据来描述的,分别表示这个点的行号和列号)。现在要你编程找出所有可行的道路,要求所走的路中没有重复的点,走时只能是上下左右四个方向。如果一条路都不可行,则输出相应信息(用-l表示无路)。
请统一用 左上右下的顺序拓展,也就是 (0,-1),(-1,0),(0,1),(1,0)

输入
第一行是两个数n,m( 1 < n , m < 15 ),接下来是m行n列由1和0组成的数据,最后两行是起始点和结束点。

输出
所有可行的路径,描述一个点时用(x,y)的形式,除开始点外,其他的都要用“->”表示方向。
如果没有一条可行的路则输出-1。

样例输入

5 6
1 0 0 1 0 1
1 1 1 1 1 1
0 0 1 1 1 0
1 1 1 1 1 0
1 1 1 0 1 1
1 1
5 6

样例输出

(1,1)->(2,1)->(2,2)->(2,3)->(2,4)->(2,5)->(3,5)->(3,4)->(3,3)->(4,3)->(4,4)->(4,5)->(5,5)->(5,6)
(1,1)->(2,1)->(2,2)->(2,3)->(2,4)->(2,5)->(3,5)->(3,4)->(4,4)->(4,5)->(5,5)->(5,6)
(1,1)->(2,1)->(2,2)->(2,3)->(2,4)->(2,5)->(3,5)->(4,5)->(5,5)->(5,6)
(1,1)->(2,1)->(2,2)->(2,3)->(2,4)->(3,4)->(3,3)->(4,3)->(4,4)->(4,5)->(5,5)->(5,6)
(1,1)->(2,1)->(2,2)->(2,3)->(2,4)->(3,4)->(3,5)->(4,5)->(5,5)->(5,6)
(1,1)->(2,1)->(2,2)->(2,3)->(2,4)->(3,4)->(4,4)->(4,5)->(5,5)->(5,6)
(1,1)->(2,1)->(2,2)->(2,3)->(3,3)->(3,4)->(2,4)->(2,5)->(3,5)->(4,5)->(5,5)->(5,6)
(1,1)->(2,1)->(2,2)->(2,3)->(3,3)->(3,4)->(3,5)->(4,5)->(5,5)->(5,6)
(1,1)->(2,1)->(2,2)->(2,3)->(3,3)->(3,4)->(4,4)->(4,5)->(5,5)->(5,6)
(1,1)->(2,1)->(2,2)->(2,3)->(3,3)->(4,3)->(4,4)->(3,4)->(2,4)->(2,5)->(3,5)->(4,5)->(5,5)->(5,6)
(1,1)->(2,1)->(2,2)->(2,3)->(3,3)->(4,3)->(4,4)->(3,4)->(3,5)->(4,5)->(5,5)->(5,6)
(1,1)->(2,1)->(2,2)->(2,3)->(3,3)->(4,3)->(4,4)->(4,5)->(5,5)->(5,6)

提示
【算法分析】
  用一个a数组来存放迷宫可走的情况,另外用一个数组b来存放哪些点走过了。每个点用两个数字来描述,一个表示行号,另一个表示列号。对于某一个点(x,y),四个可能走的方向的点描述如下表:
   2
1  x,y  3
   4
  对应的位置为:(x, y-1),(x-1, y),(x, y+1),(x+1, y)。所以每个点都要试探四个方向,如果没有走过(数组b相应的点的值为0)且可以走(数组a相应点的值为1)同时不越界,就走过去,再看有没有到达终点,到了终点则输出所走的路,否则继续走下去。
  这个查找过程用search来描述如下:
procedure search(x, y, b, p);{x,y表示某一个点,b是已经过的点的情况,p是已走过的路}
 begin
   for i:=1 to 4 do{分别对4个点进行试探}
   begin
     先记住当前点的位置,已走过的情况和走过的路;
     如果第i个点(xl,y1)可以走,则走过去;
     如果已达终点,则输出所走的路径并置有路可走的信息,
     否则继续从新的点往下查找search(xl,y1,b1,p1);
   end;
 end;
  有些情况很明显是无解的,如从起点到终点的矩形中有一行或一列都是为0的,明显道路不通,对于这种情况要很快地“剪掉”多余分枝得出结论,这就是搜索里所说的“剪枝”。从起点开始往下的一层层的结点,看起来如同树枝一样,对于其中的“枯枝”——明显无用的节点可以先行“剪掉”,从而提高搜索速度。

思路

我只是照着提示把代码实现了出来,所以只讲几个我动了脑子的地方:

1. 用二维数组存放四个方向

const vector > DIRECTION{{0, -1}, {-1, 0}, {0, 1}, {1, 0}};

这样在DFS中试探的时候,下一步的坐标就是(x + DIRECTION[i][0]y + DIRECTION[i][1]),其中i的值可以是 0 ~ 4,用一个for循环来遍历即可。

2. 保存已走路径的方法(对应提示中的形参 p )

vector path;

上一个点说了四个方向本质上可以用DIRECTION数组加上数字 0 ~ 4 来表示,那么我们只需要知道起点和过程中的 0 ~ 4 就可以推导出现在的路径了。

例如对于(1,1)->(2,1)->(2,2)->(2,3)->(2,4)->(2,5)->(3,5)->(3,4)->(3,3)->(4,3)->(4,4)->(4,5)->(5,5)->(5,6),我们只需要知道起点是(1,1),中间的方向是“下,右,右,右,右,下,左,左,下,右,右,下,右”,对应的path数组就是{3, 2, 2, 2, 2, 3, 0, 0, 3, 2, 2, 3, 2}

3. 关于提示中的数组 a 和数组 b

我觉得不需要额外的数组来保存走过的点,对这个题来说不能走的点和已经走过的点并没有区别,反正都不能走就对了,所以在我的代码里只需要一个二维数组maze即可,走过的点就直接标成 0,这一层的 DFS 结束后再归位成 1 即可,记得path也要归位。

4. 关于剪枝

我 AC 之后照着提示试图写了一下剪枝,不知道是我写得不好还是数据太小,剪枝之后运行时间反而变长了,于是在代码里注释掉了。

代码

#include 
#include 
using std::vector;

int n, m, begX, begY, endX, endY;
bool outputed;
vector<vector<int> > maze(20, vector<int>(20));
const vector<vector<int> > DIRECTION{{0, -1}, {-1, 0}, {0, 1}, {1, 0}};
vector<int> path;

void DFS(int x, int y) {
	if (x == endX && y == endY) {
		printf("(%d,%d)", begX, begY);
		int tempX = begX, tempY = begY;
		for (auto i : path) {
			tempX += DIRECTION[i][0];
			tempY += DIRECTION[i][1];
			printf("->(%d,%d)", tempX, tempY);
		}
		putchar('\n'); 
		outputed = true;
		return;
	}
//  注释部分为剪枝
//	for (int i = x + 1; i < endX; ++i) {
//		int sum = 0;
//		for (int j = 1; j <= m; ++j)
//			sum += maze[i][j];
//		if (sum == 0)
//			return; 
//	} 
//	for (int i = y + 1; i < endY; ++i) {
//		int sum = 0;
//		for (int j = 1; j <= n; ++j)
//			sum += maze[j][i];
//		if (sum == 0)
//			return; 
//	} 
	for (int i = 0; i < 4; ++i) {
		if (x + DIRECTION[i][0] > 0 && x + DIRECTION[i][0] <= n
		 && y + DIRECTION[i][1] > 0 && y + DIRECTION[i][1] <= m
		 && maze[x + DIRECTION[i][0]][y + DIRECTION[i][1]] == 1) {
			path.push_back(i);
			maze[x + DIRECTION[i][0]][y + DIRECTION[i][1]] = 0;
			DFS(x + DIRECTION[i][0], y + DIRECTION[i][1]);
			maze[x + DIRECTION[i][0]][y + DIRECTION[i][1]] = 1;
			path.pop_back();
		} 
	} 
}

int main() {
	while (scanf("%d%d", &n, &m) != EOF) {
		outputed = false;
		for (int i = 1; i <= n; ++i)
			for (int j = 1; j <= m; ++j)
				scanf("%d", &maze[i][j]);
		scanf("%d%d", &begX, &begY);
		scanf("%d%d", &endX, &endY);
		maze[begX][begY] = 0;
		DFS(1, 1);
		if (!outputed)
			puts("-1"); 
	} 
	return 0;
} 

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