探索迷局：解密广度寻路算法

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wx641a8c199cc06 2023-09-01 17:42:18 ©著作权

文章标签 算法数据结构数组四叉树 文章分类 HarmonyOS 后端开发

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探索迷局：解密广度寻路算法_四叉树

文章目录

1、介绍
2、思想
3、定义及快捷
4、创建四叉树节点
5、判断能不能走
6、准备工作
7、寻路

A、标记走过
B、对预测点进行移动处理
C、能走的情况下怎么处理
D、切换层数

8、效果展示
9、综合代码
10、总结

1、介绍

广度寻路算法是一种基于图的搜索算法，用于寻找两个节点之间的最短路径。它从起点开始展开搜索，并逐步向外扩展，直到找到目标节点或所有节点都被访问过。广度寻路算法使用队列作为辅助数据结构来实现搜索。当一个节点被访问时，将其所有的邻居节点加入队列中，并标记为已访问。从队列中取出的节点继续进行扩展搜索，直到队列为空或目标节点被找到为止。广度寻路算法的时间复杂度为O(V+E)，其中V为节点数，E为边数。由于它逐层扩展搜索，因此能够找到最短路径，但会占用较多的空间。需要源代码的私信我~

深度寻路算法：1.循环试探，遇到死胡同回退 2.循环简单 3.不一定能找到最佳路径 4.空旷地形深度寻路

广度寻路算法：
1. 不需要回退
2. 一定能找到最短路径

2、思想

探索迷局：解密广度寻路算法_四叉树_02

深度寻路就好比猴哥的毫毛一样，直接派四个小兵分别去上下左右四个方位寻找，到达下一个位置时，再派四个小兵出去寻找(当然如果有的方向是障碍物，那就不用派人去了)，就这样一直下去，最后会找到终点的，而且是最短路径(后面会解释为什么)

可能有的同学会问了，那要怎么实现呐，每次都要派四个小兵，而且有的不是障碍物的要一直寻路下去，这个时候我们就想到了四叉树来实现，把起点放入根节点，一层就代表一步
有的同学又会问了，那如果一张地图有很多条路径，那广度寻路怎么会找到最短的那一条路径？
其实思想很简单，就是一找到终点就结束循环，从终点往上遍历，这条路径一定是最短路径——因为这条路径是最先结束循环，即最先找到终点

3、定义及快捷

在开始写之前我们先把准备工作写好，比如行和列的定义，最大孩子的数量，因为是试探4个方向，所以最大孩子的数量为4，且这里定义的是四叉树，存储当前层和下一层节点地址的数组大小，地图中路和障碍物的枚举，上下左右方向的枚举，还要定义一个点类型，以及四叉树类型，四叉树中需要定义结构体数组，因为有四个孩子，还有一个重要的是定义当前孩子的数量，因为不仅父亲要指向孩子，孩子也还要指向父亲，因为最后确定最佳路径，还要从终点往上遍历

//行列
#define ROWS 10
#define COLS 10
//最大孩子数量
#define CHILD_NUM 4
//临时数组的最大容量
#define BUFF_SIZE 100
//地图枚举
enum Mymap{road,wall};
//方向枚举
enum Mydirect{p_up,p_left,p_down,p_right};
//点
typedef struct Mypoint 
{
	int row, col;
}Mypoint;
//四叉树节点类型
typedef struct myThree 
{
	Mypoint			pos;
	struct myThree* partent;
	struct myThree* Child[CHILD_NUM];
	int				Curchild_Num;  
}myThree;
#define SIZE sizeof(myThree)

4、创建四叉树节点

这里先是直接用快捷的方式，把四叉树中都初始化为0，然后再赋值点的坐标

myThree* createThreeNode(Mypoint* pos)
{
	myThree* pNew = malloc(SIZE);
	assert(pNew);
	memset(pNew, 0, SIZE);
	pNew->pos.row = pos->row;
	pNew->pos.col = pos->col;
	return pNew;
}

5、判断能不能走

当前点越界，以及辅助地图上标记过的点，是墙都不能走

bool can_Walk(Mypoint* pos, bool map[ROWS][COLS], bool pathMap[ROWS][COLS])
{
	//越界
	if (pos->row < 0 || pos->row >= ROWS || pos->col < 0 || pos->col >= COLS) 		return false;
	//走过
	if (pathMap[pos->row][pos->col]) return false;
	//是墙
	if (map[pos->row][pos->col]) return false;
	return true;
}

6、准备工作

1、简单用数组实现一个二维地图，用于寻路
2、定义起点和终点
3、定义辅助地图，用于标记有没有走过
4、定义两个辅助数组，用来在当前层和下一层之间切换，这两个数组分别是用来存储当前层和下一层节点的地址
5、创建一棵树，起点成为树根，并且根节点还有独占一层
6、准备一个预测点
7、定义isFindend，用来判断是否找到终点，因为寻找的过程是多层循环，一个break结束不了循环，所以定义了一个标记

//1 地图  1表示障碍  0表示路
	bool map[ROWS][COLS] = 
	{
		{ 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1 },
		{ 1, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1, 1 },
		{ 1, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1 },
		{ 1, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 1 },
		{ 1, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 1 },
		{ 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1 },
		{ 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1 },
		{ 1, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1 },
		{ 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 1 },
		{ 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1 }
	};

	//点--起点和终点
	Mypoint begPos = { 1,1 };
	Mypoint endPos = { 8,8 };

	//辅助地图
	bool pathMap[ROWS][COLS] = { 0 };

	//创建一颗树
	myThree* pRoot = NULL;
	//起点成为树根
	pRoot = createThreeNode(&begPos);

	//辅助数组
	//记录当前层节点的地址
	myThree* currentLayer[BUFF_SIZE] = { 0 };
	// 当前层节点的数量
	int currentLayerSize = 0;
	//记录下一层节点的地址
	myThree* nextLayer[BUFF_SIZE] = { 0 };
	//下一层节点的数量
	int nextLayerSize = 0;

	//树的根节点独占一层
	currentLayer[currentLayerSize++] = pRoot;
	
	//预测点
	Mypoint search;
	
	//标记是否走到终点
	bool isFindend = false;
	
	//准备一个临时变量
	myThree* temp_Node = NULL;

7、寻路

寻路的思想前面已经讲过了，我们一层一层的遍历(即一步一步的遍历)，然后对每一步的四个方向进行处理

A、标记走过

处理之前，我们还要标记当前点已经走过并且要把当前的孩子数量清空

//标记走过
pathMap[currentLayer[i]->pos.row][currentLayer[i]->pos.col] = true;
//孩子数量清空
currentLayer[i]->Curchild_Num = 0;

B、对预测点进行移动处理

预测点就是当前的点，然后用switch进行处理

//预测点就是当前点
search.row = currentLayer[i]->pos.row;
search.col = currentLayer[i]->pos.col;
switch(j)
{
	case p_up:  search.row--;  break;
	case p_down:  search.row++;  break;
	case p_left:  search.col--;  break;
	case p_right:  search.col++;  break;
}

C、能走的情况下怎么处理

能走的情况下当前点就要成为预测点的父节点，预测点还要成为当前点的孩子，除此之外还要把预测点放入下一层数组中，因为它的身份是预测点，即为当前点的孩子，最后还要判断是否到达终点

//能走
if (can_Walk(&search,map,pathMap))
{
	//创建树节点
	temp_Node = createThreeNode(&search);
	//预测点成为当前点的孩子
	currentLayer[i]->Child[currentLayer[i]->Curchild_Num++] = temp_Node;
	//当前点成为预测点的父亲
	temp_Node->partent = currentLayer[i];
	//放入下一层数组中
	nextLayer[nextLayerSize++] = temp_Node;
	//判断是否到达终点
	if (temp_Node->pos.row==endPos.row&& temp_Node->pos.col == endPos.col)
	{
		isFindend = true;
		break;
	}
}

D、切换层数

如果下一层的数组为空，这时候已经遍历到最后一层了，直接退出，否则切换到下一层

//下一层为空
if (nextLayerSize == 0) break;
//切换到下一层中
for (int i = 0; i < nextLayerSize; i++)
{
	currentLayer[i] = nextLayer[i];
}
currentLayerSize = nextLayerSize;