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深度优先搜索--基于堆栈

(2010-10-17 10:52:50)
标签:

杂谈

分类: 算法

    这种搜索算法的特点是:每次探索完各个方向相邻的点之后,取其中一个相邻的点走下去,一直走到无路可走了再退回来,取另一个相邻的点再走下去。这称为深度优先搜索(DFS,Depth First Search)。

  用深度优先搜索解迷宫问题
     问题
          http://s13/middle/4b8de29f492c72fe8fc1f&690
    它表示一个迷宫,其中的1表示墙壁,0表示可以走的路,只能横着走或竖着走,不能斜着走,要求编程序找出从左上角到右下角的路线。
    
    实现:

#include <stdio.h>

#define MAX_ROW 5
#define MAX_COL 5

struct point { int row, col; } stack[512];
int top = 0;

void push(struct point p)
{
    stack[top++] = p;
}

struct point pop(void)
{
    return stack[--top];
}

int is_empty(void)
{
    return top == 0;
}

int maze[MAX_ROW][MAX_COL] = {
    {0, 1, 0, 0, 0},
    {0, 1, 0, 1, 0},
    {0, 0, 0, 0, 0},
    {0, 1, 1, 1, 0},
    {0, 0, 0, 1, 0},
};

void print_maze(void)
{
    int i, j;
    for (i = 0; i < MAX_ROW; i++) {
        for (j = 0; j < MAX_COL; j++)
            printf("%d ", maze[i][j]);
        putchar('\n');
    }
    printf("*********\n");
}

struct point predecessor[MAX_ROW][MAX_COL] = {
    {{-1,-1}, {-1,-1}, {-1,-1}, {-1,-1}, {-1,-1}},
    {{-1,-1}, {-1,-1}, {-1,-1}, {-1,-1}, {-1,-1}},
    {{-1,-1}, {-1,-1}, {-1,-1}, {-1,-1}, {-1,-1}},
    {{-1,-1}, {-1,-1}, {-1,-1}, {-1,-1}, {-1,-1}},
    {{-1,-1}, {-1,-1}, {-1,-1}, {-1,-1}, {-1,-1}},
};

void visit(int row, int col, struct point pre)
{
    struct point visit_point = { row, col };
    maze[row][col] = 2;
    predecessor[row][col] = pre;
    push(visit_point);
}

int main(void)
{
    struct point p = { 0, 0 };

    maze[p.row][p.col] = 2;
    push(p);   
   
    while (!is_empty()) {
        p = pop();
        if (p.row == MAX_ROW - 1 
            && p.col == MAX_COL - 1)
            break;
        if (p.col+1 < MAX_COL    
            && maze[p.row][p.col+1] == 0)
            visit(p.row, p.col+1, p);
        if (p.row+1 < MAX_ROW    
            && maze[p.row+1][p.col] == 0)
            visit(p.row+1, p.col, p);
        if (p.col-1 >= 0         
            && maze[p.row][p.col-1] == 0)
            visit(p.row, p.col-1, p);
        if (p.row-1 >= 0         
            && maze[p.row-1][p.col] == 0)
            visit(p.row-1, p.col, p);
        print_maze();
    }
    if (p.row == MAX_ROW - 1 && p.col == MAX_COL - 1) {
        printf("(%d, %d)\n", p.row, p.col);
        while (predecessor[p.row][p.col].row != -1) {
            p = predecessor[p.row][p.col];
            printf("(%d, %d)\n", p.row, p.col);
        }
    } else
        printf("No path!\n");

    return 0;
}

  运行结果:
2 1 0 0 0
2 1 0 1 0
0 0 0 0 0
0 1 1 1 0
0 0 0 1 0
*********
2 1 0 0 0
2 1 0 1 0
2 0 0 0 0
0 1 1 1 0
0 0 0 1 0
*********
2 1 0 0 0
2 1 0 1 0
2 2 0 0 0
2 1 1 1 0
0 0 0 1 0
*********
2 1 0 0 0
2 1 0 1 0
2 2 0 0 0
2 1 1 1 0
2 0 0 1 0
*********
2 1 0 0 0
2 1 0 1 0
2 2 0 0 0
2 1 1 1 0
2 2 0 1 0
*********
2 1 0 0 0
2 1 0 1 0
2 2 0 0 0
2 1 1 1 0
2 2 2 1 0
*********
2 1 0 0 0
2 1 0 1 0
2 2 0 0 0
2 1 1 1 0
2 2 2 1 0
*********
2 1 0 0 0
2 1 0 1 0
2 2 2 0 0
2 1 1 1 0
2 2 2 1 0
*********
2 1 0 0 0
2 1 2 1 0
2 2 2 2 0
2 1 1 1 0
2 2 2 1 0
*********
2 1 2 0 0
2 1 2 1 0
2 2 2 2 0
2 1 1 1 0
2 2 2 1 0
*********
2 1 2 2 0
2 1 2 1 0
2 2 2 2 0
2 1 1 1 0
2 2 2 1 0
*********
2 1 2 2 2
2 1 2 1 0
2 2 2 2 0
2 1 1 1 0
2 2 2 1 0
*********
2 1 2 2 2
2 1 2 1 2
2 2 2 2 0
2 1 1 1 0
2 2 2 1 0
*********
2 1 2 2 2
2 1 2 1 2
2 2 2 2 2
2 1 1 1 0
2 2 2 1 0
*********
2 1 2 2 2
2 1 2 1 2
2 2 2 2 2
2 1 1 1 2
2 2 2 1 0
*********
2 1 2 2 2
2 1 2 1 2
2 2 2 2 2
2 1 1 1 2
2 2 2 1 2
*********
(4, 4)
(3, 4)
(2, 4)
(1, 4)
(0, 4)
(0, 3)
(0, 2)
(1, 2)
(2, 2)
(2, 1)
(2, 0)
(1, 0)
(0, 0)

    这次堆栈里的元素是结构体类型的,用来表示迷宫中一个点的x和y坐标。我们用一个新的数据结构保存走迷宫的路线,每个走过的点都有一个前趋(Predecessor)点,表示是从哪儿走到当前点的,比如predecessor[4][4]是坐标为(3, 4)的点,就表示从(3, 4)走到了(4, 4),一开始predecessor的各元素初始化为无效坐标(-1, -1)。在迷宫中探索路线的同时就把路线保存在predecessor数组中,已经走过的点在maze数组中记为2防止重复走,最后找到终点时就根据predecessor数组保存的路线从终点打印到起点。改写成伪代码为:

http://s2/middle/4b8de29f492c74d4ba368&690
http://s7/middle/4b8de29f492c759808f7a&690

分析:
    predecessor数组保存每次路径节点n的前一个节点n-1的位置,这样,沿着最后一个节点即可以一个一个的找到最开始的节点。
       堆栈存储时,先存储的是maze数组每行从左到右的值,然后是每列从上向下的值,这样每次取就可以先取列的值,即先完成列的操作,即是深度搜索。
       此程序中,只需要找到一个路径即可,也就是说就算有多条路径,也会只找到一条,这样到最后堆栈里还会有数据。 
     





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