以一个 m * n 的长方阵表示迷宫, 0和1分别表示迷宫的通路和障碍。 设计一个程序, 对任意设定的迷宫, 求出一条从入口到出口的通路, 或得出没有通路的结论。 基本要求 : (1) 实现一个以链表做存储的栈类型, 然后编写一个求解迷宫的非递归程序。 求的通路以三元组(i, j, d) 的形式输出, 其中:(i, j) 指示迷宫中的一个坐标, d 表示走到下一坐标的方向。 如: 对于下列数据的迷宫, 输出一条通路: (1, 1, 1),(1, 2, 2), (2, 2, 2),(3, 2, 3),(3, 1, 2) ……。 (2) 编写递归形式的算法, 求得迷宫中所有可能的道路;
时间: 2023-09-12 14:07:30 浏览: 83
行业文档-设计装置-一种长方体箱形构件.zip
(1)非递归求解迷宫通路的程序:
首先,我们需要定义一个以链表为存储结构的栈类型。每个栈节点包含三个数据域:i,j和d,分别表示在迷宫中的坐标和前进的方向。
```python
class MazeStackNode:
def __init__(self, i, j, d):
self.i = i
self.j = j
self.d = d
self.next = None
class MazeStack:
def __init__(self):
self.top = None
def isEmpty(self):
return self.top is None
def push(self, i, j, d):
node = MazeStackNode(i, j, d)
node.next = self.top
self.top = node
def pop(self):
if self.isEmpty():
return None
node = self.top
self.top = node.next
return node
```
接下来,我们编写一个非递归算法来求解迷宫通路。该算法使用一个栈来保存当前的位置和前进方向,同时使用一个 visited 数组来记录已经访问过的位置。算法流程如下:
1. 将起点 (i0, j0) 和前进方向 d0 入栈,并将 visited[i0][j0] 设置为 True。
2. 从栈中弹出当前位置和前进方向,将其记为 (i, j, d)。
3. 如果当前位置是终点 (i1, j1),则输出路径并结束。
4. 否则,按照前进方向 d 依次尝试前进,直到找到一个未访问过的位置 (i2, j2)。
5. 如果找到了未访问过的位置 (i2, j2),则将其入栈,并将 visited[i2][j2] 设置为 True。
6. 如果没找到未访问过的位置,则将当前位置出栈。
7. 重复步骤 2 到步骤 6,直到栈为空,此时无法到达终点,输出无解信息。
下面是完整的 Python 代码实现:
```python
def solve_maze(maze, i0, j0, i1, j1):
m, n = len(maze), len(maze[0])
visited = [[False] * n for _ in range(m)]
stack = MazeStack()
stack.push(i0, j0, 0)
while not stack.isEmpty():
i, j, d = stack.pop()
visited[i][j] = True
if i == i1 and j == j1:
print_path(stack)
return
for nd in range(d+1, 5):
if nd == 1 and i > 0 and not visited[i-1][j] and maze[i-1][j] == 0:
stack.push(i-1, j, nd)
break
elif nd == 2 and j < n-1 and not visited[i][j+1] and maze[i][j+1] == 0:
stack.push(i, j+1, nd)
break
elif nd == 3 and i < m-1 and not visited[i+1][j] and maze[i+1][j] == 0:
stack.push(i+1, j, nd)
break
elif nd == 4 and j > 0 and not visited[i][j-1] and maze[i][j-1] == 0:
stack.push(i, j-1, nd)
break
else:
continue
print("No solution.")
def print_path(stack):
if stack.isEmpty():
return
node = stack.pop()
print_path(stack)
print("({}, {}, {})".format(node.i, node.j, node.d))
```
该算法的时间复杂度为 $O(mn)$,空间复杂度为 $O(mn)$。
(2)递归求解迷宫通路的程序:
首先,我们需要定义一个递归函数来求解迷宫通路。该函数需要接受当前位置和前进方向作为参数,并返回是否能够到达终点。为了记录路径,我们还需要定义一个栈类型,每个栈节点包含三个数据域:i,j和d,分别表示在迷宫中的坐标和前进的方向。
```python
class MazeStackNode:
def __init__(self, i, j, d):
self.i = i
self.j = j
self.d = d
self.next = None
class MazeStack:
def __init__(self):
self.top = None
def isEmpty(self):
return self.top is None
def push(self, i, j, d):
node = MazeStackNode(i, j, d)
node.next = self.top
self.top = node
def pop(self):
if self.isEmpty():
return None
node = self.top
self.top = node.next
return node
```
接下来,我们编写一个递归函数 solve_maze_recursive,该函数使用回溯的方法来求解迷宫通路。函数流程如下:
1. 如果当前位置是终点 (i1, j1),则返回 True。
2. 按照前进方向 d 依次尝试前进,如果能够到达一个未访问过的位置 (i2, j2),则将其入栈,并递归调用 solve_maze_recursive(i2, j2, nd)。
3. 如果递归调用返回 True,则说明已找到通路,将当前位置入栈并返回 True。
4. 如果前进方向已经尝试完毕,则将当前位置出栈并返回 False。
下面是完整的 Python 代码实现:
```python
def solve_maze_recursive(maze, i, j, i1, j1, d, stack):
if i == i1 and j == j1:
return True
for nd in range(d+1, 5):
if nd == 1 and i > 0 and maze[i-1][j] == 0 and (i-1, j) not in stack:
stack.push(i-1, j, nd)
if solve_maze_recursive(maze, i-1, j, i1, j1, 0, stack):
stack.push(i, j, nd)
return True
stack.pop()
elif nd == 2 and j < len(maze[0])-1 and maze[i][j+1] == 0 and (i, j+1) not in stack:
stack.push(i, j+1, nd)
if solve_maze_recursive(maze, i, j+1, i1, j1, 0, stack):
stack.push(i, j, nd)
return True
stack.pop()
elif nd == 3 and i < len(maze)-1 and maze[i+1][j] == 0 and (i+1, j) not in stack:
stack.push(i+1, j, nd)
if solve_maze_recursive(maze, i+1, j, i1, j1, 0, stack):
stack.push(i, j, nd)
return True
stack.pop()
elif nd == 4 and j > 0 and maze[i][j-1] == 0 and (i, j-1) not in stack:
stack.push(i, j-1, nd)
if solve_maze_recursive(maze, i, j-1, i1, j1, 0, stack):
stack.push(i, j, nd)
return True
stack.pop()
return False
```
该算法的时间复杂度为指数级别,空间复杂度为 $O(mn)$,因此只适合求解小规模的迷宫。
阅读全文