利用递归法和pygame实现迷宫寻路的动态展示_Prj002

        在《Problem Solving with Algorithms and Data Structures》一书的141页，作者给出了一个迷宫寻路的程序。程序的核心是一段递归程序，通过不断尝试，找到从起点到终点的路。虽然不是最短路径，但程序可以动态显示寻路的过程，对于理解递归过程非常有帮助。

        书中给出的程序见“http://download.csdn.net/detail/pospro/8952965”，运行之后就会发现，由于是基于turtle作图（注：turtle是python自带的一个绘图函数集），画迷宫本身就要花费太多时间，让人无法一下抓住核心。

        在这里，PosPro引入pygame取代原有的turtle，大大降低了载入迷宫所花费的时间。同时利用pygame的函数产生了可以媲美turtle的动态效果。全部程序及相关资源见：http://download.csdn.net/detail/pospro/8947365

程序运行后的效果如下：

下面对程序进行逐段分析：

首先建立一个迷宫类（Maze），包含四个函数：构造函数__init__, 实现索引取数的__getitem，判断是否是迷宫出口的isExit，以及动态显示变化的updateScreen

构造函数的详细代码如下。这一段代码完成了以下工作：

1.按照pygame的要求，对屏幕进行初始化，

2.读入迷宫的点阵文件 

3.根据读入的点阵文件，确定墙的的位置，出发点的位置。

def __init__(self, mazeDotFile): 
		pygame.init()

		#为了简化，这里直接给定了迷宫的行列值，其实也可以在读入文件时动态判断
		mazeColumn=22
		mazeRow=11

		self.mazeColumn=mazeColumn
		self.mazeRow=mazeRow

		brickImg = pygame.image.load("brick.png")   #每个砖块是40*40
		startflagImg = pygame.image.load("startflag.png") # 30*30
		self.mazeScreen=pygame.display.set_mode((40*mazeColumn, 40*mazeRow))
		self.mazeScreen.fill((255,255,255))

		self.startRow=0
		self.startCol=0

		self.mazeList = []  #用于保存从文件中读入的迷宫点阵
		maze_file = open(mazeDotFile,'r')
		for line in maze_file:
			row_list = []
			for ch in line: #原文是line[: -1]，但报错；估计是line读入时已自动去掉最后的换行符？
				row_list.append(ch)
			self.mazeList.append(row_list)
		maze_file.close()

		for y in range(mazeRow):
			for x in range(mazeColumn):
				#print self.mazeList[y][x],
				if self.mazeList[y][x]==OBSTACLE:
					self.mazeScreen.blit(brickImg,(x*40,y*40))   
					#注意这里有个容易让人混淆的地方！注意屏幕向右，即Column方向为x方向，向下为y方向！！
				elif self.mazeList[y][x]=='S':
					self.startRow=y
					self.startCol=x
					self.mazeScreen.blit(startflagImg,(x*40+5, y*40+5))

迷宫文件只是个简单的文本文件，22行11列，用+表示墙的位置，用空格表示通道，用S表示起点，示例如下：

++++++++++++++++++++++
+          +         +
+++   ++       +      
+++        +   +     +
++++    ++++++++++++++
+                    +
+          ++   +  +++
+  ++++++++++++    +++
+          S        ++
+                    +
++++++++++++++++++++++

getitem和isExit函数分别只有一句话。比较有趣的是这个__getitem__函数，通过构造函数，大家可以发现MazeList实际上是个List的List，即MazeList中的每个元素实际上也是一个List，所以在实际使用时，为了找到具体某个位置的元素，我们使用Maze[row][col],这样类似于二维数组的表达，而在这个索引函数中，我们仅仅用一个元素idx，和mazeList[idx]，就完成了。Python真够简洁的！！

def __getitem__(self, idx):
		return self.mazeList[idx]

def isExit(self, row, col):
		return (row==0 or row==self.mazeRow-1 or col==0 or col==self.mazeColumn-1)

最后一个，也是最核心的函数，主要思路就是在被调用时，在当前位置画一个圆，其颜色由改点的属性决定（通路？死路？已经试过的路？），还有需要调用pygame的wait和flip函数，以便让这种变化动态的和及时反映出来。

def updateScreen(self, row, col, val=None):
		#如果通过val传递了值，则将值填入对应位置
		if val:
			self.mazeList[row][col] = val
				
		#根据val值，确定颜色
		if val == PART_OF_PATH:
			color = (0,255,0)
		elif val == OBSTACLE:
			color = (255,0,0)
		elif val == TRIED:
			color = (0,0,255)
		elif val == DEAD_END:
			color = (255,0,0)
		else:
			color = None
		
		#之所以val控制颜色，是为了保证执行Step01时，不会在墙上画个圈
		if color:
			pygame.draw.circle(self.mazeScreen, color, (col*40+20, row*40+20), 5)

		#等待一段时间，以便动态显示（不然会很快完成，体现不出颜色变化）
		pygame.time.wait(50)
		pygame.display.flip()

下面就是程序的算法核心——递归法寻路，用一个单独的函数来实现（程序分析已在注释中体现）：

#本函数用递归方法寻找迷宫出路，顺序是先向北，再向东，南，西
def findRoute(maze, currentRow, currentCol):
	#Step01首先显示已到此点，也即在此处画一个圈
	maze.updateScreen(currentRow, currentCol)
	#以下设置递归（退出）的条件，肯能存在好几种可能
	# 1.该点为墙  2.如果该点已检查过或是死胡同 3.改点是出口  4.非1~3的情况
	if maze[currentRow][currentCol]==OBSTACLE:
		return False
	if maze[currentRow][currentCol]==TRIED or maze[currentRow][currentCol]==DEAD_END:
		return False
	#程序走到这里已经可以判定改点不是墙了，所以一旦该点的位置是边沿，则必是出口
	# 故该点定为路径上的一点
	# 若该点不是边沿，只能标记为已到过，并且继续尝试
	if maze.isExit(currentRow,currentCol):
		maze.updateScreen(currentRow,currentCol,PART_OF_PATH)
		return True
	
	# 若该点不是边沿，只能标记为已到过，并且继续尝试
	maze.updateScreen(currentRow,currentCol,TRIED)
	routeFound=findRoute(maze,currentRow-1,currentCol) or \
	findRoute(maze,currentRow,currentCol+1) or \
	findRoute(maze,currentRow+1,currentCol) or \
	findRoute(maze,currentRow,currentCol-1)

	if routeFound:
		#如果从此点递归出去找到了出口，则此点必在路径上
		maze.updateScreen(currentRow,currentCol,PART_OF_PATH)
	else:
		maze.updateScreen(currentRow,currentCol,DEAD_END)

	return routeFound

最后是一段main函数——程序执行的起点：

def main():
	myMaze=Maze('maze2.txt')
	# 以下是个保持屏幕正常显示和退出的最小循环体
	findRoute(myMaze, myMaze.startRow, myMaze.startCol)
	while 1:
	    for event in pygame.event.get():
	        if event.type == pygame.QUIT:
	            pygame.quit()
	            exit(0)
	    pygame.display.flip()


# 执行程序
main()

PS：

书中原程序下载位置（用Turtle函数实现）：http://download.csdn.net/detail/pospro/8952965

经修改完善后的例子（用pygame实现，也即上文所用程序代码）：http://download.csdn.net/detail/pospro/8947365