【Python】生成二维迷宫的算法

前言

哈里最近因为一个小插曲打算写一个设计迷宫的算法。为了锻炼脑力，特地没有上网搜索而是自己摸索出一个迷宫设计算法。

概述

1、需求

哈里准备实现下图的迷宫。

2、分析

可以看到，图里凡是x和y坐标为单数时，总是白色。于是哈里得到下图：

我将白色区域定义为房间（room），每个房间有四个方向（上下左右）可以连接其它房间。

我将能从绿色（出发点）到达的房间设置其连通（alive）。上图就只有（1，1）的房间连通。

这里哈里思考，如果每个房间都与出发点连通，最后右下角的房间必然就可以和出发点连通。

实际尝试之后，确实获得了一个还不错的迷宫图像，但是会出现下图的问题：

x=1和y=1总是会有大片的空白。

对此，哈里尝试将房间迭代的顺序打乱，最终得到了可以接受的迷宫图。

3、结语

差不多就是这样了……脑子混沌的时候靠直觉直接猜的……不完美但够用就行。

源码

import random
import sys

from PIL import Image
from pygame import *
import time
import pygame

# 方向向量，用于四个方向：上、右、下、左
dirVector = [
  (0, 1),    # 下
  (1, 0),    # 右
  (-1, 0),   # 左
  (0, -1),   # 上
]

# 房间类，定义房间的位置和是否激活
class Room:
  def __init__(self, pos, alive=False):
    self.pos = pos  # 房间位置
    self.alive = alive  # 房间是否激活

  # 链接房间
  def Link(self):
    if self.alive:
      return  # 如果房间已激活，则返回

    dirs = self.GetCanOpenDirs()  # 获取可以打开的方向
    if not dirs:
      return  # 如果没有可用方向，则返回
    dirs = random.sample(dirs, 1)  # 随机选择一个方向
    for d in dirs:
      img.putpixel((self.pos[0] + d[0], self.pos[1] + d[1]), (255, 255, 255))  # 在图像上绘制房间
    self.alive = True  # 激活房间

  # 获取可以打开的方向
  def GetCanOpenDirs(self):
    r = []
    for d in dirVector:
      _x, _y = self.pos[0] + d[0], self.pos[1] + d[1]  # 计算方向上的位置
      # 检查是否在图像边界内
      if _x < 1 or _y < 1 or _x >= img.width - 1 or _y >= img.height - 1:
        continue
      p2 = (self.pos[0] + d[0] * 2, self.pos[1] + d[1] * 2)  # 计算下一个位置
      if p2 not in allRoom or not allRoom[p2].alive:
        continue
      r.append(d)  # 将有效方向添加到列表
    return r

  @property
  def isColse(self):
    for d in dirVector:
      x, y = self.pos[0] + d[0], self.pos[1] + d[1]  # 计算相邻位置
      if img.getpixel((x, y)) != (0, 0, 0):  # 检查相邻像素是否为黑色
        return False
    return True

# 判断所有房间是否激活
def JudgeAllAlive():
  for _room in allRoom.values():
    if not _room.alive:
      return False
  return True

# 初始化pygame
pygame.init()
pygame.display.set_caption('预览')  # 设置窗口标题
size = (21, 21)  # 图像大小
# screen = pygame.display.set_mode(Vector2(size) * 10)  # 缩放图像
screen = pygame.display.set_mode(Vector2(size))  # 创建显示窗口
img = Image.new('RGB', size, (255, 255, 255))  # 创建新图像，背景为白色
endPos = (size[0] - 2, size[1] - 1)  # 终点位置
rooms = []  # 房间列表
allRoom = {}  # 所有房间字典

# 初始化图像上的黑色网格
for y in range(img.height):
  for x in range(0, img.width, 2):
    img.putpixel((x, y), (0, 0, 0))

for x in range(img.width):
  for y in range(0, img.height, 2):
    img.putpixel((x, y), (0, 0, 0))

# 添加房间到列表和字典
for x in range(1, img.width, 2):
  for y in range(1, img.height, 2):
    rooms.append((x, y))
    allRoom[(x, y)] = Room((x, y))
allRoom[(1, 1)].alive = True  # 激活起点房间

random.shuffle(rooms)  # 打乱房间顺序
for roomPos in rooms:
  allRoom[roomPos].Link()  # 链接所有房间

# 标记起点和终点
img.putpixel((1, 0), (0, 255, 0))  # 起点标记为绿色
img.putpixel(endPos, (255, 0, 0))  # 终点标记为红色
tempImg = img.copy()  # 复制图像用于更新显示

# 游戏主循环
while 1:
  for event in pygame.event.get():  # 从Pygame的事件队列中取出事件，并从队列中删除该事件
    if event.type == pygame.QUIT:  # 检查退出事件
      sys.exit()  # 退出程序
  screen.fill((255, 255, 255))  # 填充背景为白色
  tempImg = img.copy()  # 复制图像用于更新显示
  if not JudgeAllAlive():  # 检查是否所有房间都激活
    random.shuffle(rooms)  # 打乱房间顺序
    for roomPos in rooms:
      allRoom[roomPos].Link()  # 链接房间
      if not allRoom[roomPos].alive:
        tempImg.putpixel(roomPos, (255, 125, 0))  # 未激活的房间标记为橙色
  else:
    break  # 如果所有房间都激活，退出循环
  pygameImg = pygame.image.frombuffer(tempImg.tobytes(), size, 'RGB')  # 将图像转换为Pygame格式
  # pygameImg = pygame.transform.scale(pygameImg, Vector2(size) * 10)  # 缩放图像
  screen.blit(pygameImg, (0, 0))  # 绘制图像到屏幕
  # time.sleep(0.05)  # 延时
  pygame.display.flip()  # 更新显示

img.save('mg.png')  # 保存图像为文件