• 矩阵图中的广度优先搜索


    经常会有类似的题目,如迷宫问题,在一个矩阵图中给定出发点和目标点,每次只能上下左右移动,求到目标点的最短走法,或者说是一共有多少种走法。

    思路其实很简单,深搜、广搜。相对比较而言,广度优先搜索更加实用于求最短的走法(步数)

    在矩阵图中的广搜需要注意一下几点.

    1、确定每步的走法:不同题的走法可能不同,每次搜索时将走法保存在数组中。

    2、确定初始状态 往往注意刚开始得起点(i,j)必须把MAP(i,j)改变为 -1(或者其他的),栈中第一个元素即为初始状态

    3、保存状态。这点很重要。需要用数组或者其他的方法保存当前情况是否之前已经搜索过。如果没有这一步,将会死循环。

    4、判断可行性:其实通常可以用一个Judge()函数【bool】来判断每步的走法是否合乎要求,如果满足要求,则加入队列。

    先来看一下最基础的迷宫问题

    :给定一个矩阵图 0表示可走 -1表示不可走

    给定起始位置 fx fy

    目标位置 ex,ey

    每次可以往上下左右四个放下前进

    求到达目标位置的最小步数,并输出该路径。


    c++代码(复习的时候写的)

    #include<string>
    #include<cstdio>
    #include<cstring>
    #include<iostream>
    #include<algorithm>
    #include<queue>
    #include<stack>
    using namespace std;
    int MAP[101][101],m,n,fx,fy,tx,ty,ex,ey,flag;
    int a[2][4]={{0,0,1,-1},{1,-1,0,0}};   //第1步:路径走法
    queue<int> q;
    struct Point{
     int x;
     int y;
     int step;
     int prep;//前驱
    }team[1000001];
    bool Judge(int x,int y)
    {
       if(x<=0||x>m) return false;
       if(y<=0||y>n) return false;
       if(MAP[x][y]==-1) return false;
       return true;  
    }
    void print(int cnt)
    {

     while(team[cnt].x!=fx||team[cnt].y!=fy)
     {
       cout<<team[cnt].x<<' '<<team[cnt].y<<endl;
       cnt=team[cnt].prep;
        }
        cout<<fx<<' '<<fy<<endl;
    }
    void BFS()
    {
     MAP[fx][fy]=-1;                 //注意起点必须设为-1
     int cnt=0;     
     q.push(++cnt);
     team[1].x=fx;team[1].y=fy;team[1].step=0;      //第2步,确定初始状态
     while(!q.empty())
     {
      int now=q.front();
      q.pop();//取出栈首元素,出栈
      for (int i=0;i<=3;i++)
      {
       int tx=team[now].x+a[0][i];
       int ty=team[now].y+a[1][i];
       int t_step=team[now].step;
       if(Judge(tx,ty))//判断是否可以走   //第4步:判断可行性,可在Judge函数中单独判断
       {
        //cout<<tx<<' '<<ty<<endl;
        MAP[tx][ty]=-1;                       //第3步 保存状态 (迷宫问题保存状态超级简单- -)
        q.push(++cnt);
        team[cnt].x=tx;team[cnt].y=ty;
        team[cnt].step=t_step+1;team[cnt].prep=now;
        if(tx==ex&&ty==ey)
        {flag=1;print(cnt);break;}  //到达目的
       }
      }
     }
     if(flag==0) cout<<"N W"<<endl;
    }
    int main()
    {
     cin>>m>>n;
     for (int i=1;i<=m;i++)
     for (int j=1;j<=n;j++)
     cin>>MAP[i][j];
     cin>>fx>>fy;
     cin>>ex>>ey;
     BFS();
     return 0;
     
    }

    样例输入:

    8  5
    -1 -1 -1 -1  -1
     0  0  0  0  -1
    -1 -1 -1  0  -1
    -1  0  0  0  -1
    -1  0  0  -1 -1
    -1  0  0  0  -1
    -1 -1 -1  0  -1
    -1  0  0  0  -1
    2 1
    8 4

    样例输出(貌似我是倒着输出的- -||)

    2 1

    2 2

    2 3

    2 4

    3 4

    4 4

    4 3

    5 3

    6 3

    6 4

    7 4

    8 4


    再来看进阶版的广搜(其实所有的广搜都不难,主要是要保存状态%>_<%)

    说道保存状态 ,可以这样子来。

    由于一个queue<int>q  里面只能存放数字 那么怎么才能用一个数字保存一个状态?

    用一个标记 cnt 和一个状态数组 State[] State数组用结构体定义

    Struct{

    int 状态 1;

    int 状态 2;

    ...

    ...

    }State[];

    这样就可以一个cnt对应一个状态了~【貌似这个在深搜里面更好用- -】

    看这样一个题(NOIP2013 Day2)

    很明显,如果这道题不会(这道题正解方法真不不说了,HZX大神写了一天都没有写出来- -)

    那么可以采用广搜 :

    因为空格子可以自由移动, 平且棋盘上除了起始点和空格格两个特殊的点之外,其他都是确定的,所以说状态唯一

    用 vis[a][b][c][d]保存状态 分别是 空格子坐标 起始点坐标

    在深搜空格的时候,(很明显这毫无次序,毫无章法,而且浪费很多时间,没有剪枝。。)

    如果空格的路径走到了起始点,那么此时起始点的位置就必须要改变!每次搜的时候写一个判断就好了。

    至于其他的的确不算特变难。注意每次询问的时候需要清零- -

    c++代码


    #include<string>
    #include<cstdio>
    #include<cstring>
    #include<iostream>
    #include<algorithm>
    #include<queue>
    #include<stack>
    using namespace std;
    const int maxn=30+2,MAX=810000+5;
    const int move[2][4]={{0,0,1,-1},{-1,1,0,0}};
    int n,m,q,MAP[maxn][maxn];
    bool vis[maxn][maxn][maxn][maxn];
    struct NODE
    {
        int bx,by,lx,ly,step;
    }node[MAX];
    bool judge(int a,int b,int c,int d)
    {
        if (!MAP[c][d]||c<1||d<1||c>n||d>m) return false;
        if (vis[a][b][c][d]) return false;
        vis[a][b][c][d]=true;
        return true;
    }
    void bfs()
    {
        queue<int>q;
        memset(vis,0,sizeof(vis));
        int ex,ey,cnt=0;
        scanf("%d %d %d %d %d %d",&node[1].bx,&node[1].by,&node[1].lx,&node[1].ly,&ex,&ey);
        if (node[1].lx==ex&&node[1].ly==ey){printf("0
    "); return ;}
        vis[node[1].lx][node[1].ly][node[1].bx][node[1].by]=true;  
        q.push(++cnt);
        node[cnt].step=0;
        while(!q.empty())
        {
            int now=q.front(); q.pop(); //取出一个栈顶元素 
            for (int i=0;i<=3;i++)
            {
                int tlx=node[now].lx,tly=node[now].ly;
                int tbx=node[now].bx+move[0][i],tby=node[now].by+move[1][i];
                if (tlx==tbx&&tly==tby){tlx=node[now].bx; tly=node[now].by;} //如果白点移动到出发点 
                if (judge(tlx,tly,tbx,tby)) //判断新加的点是否符合要求         则出发点位置更新为白点 
                {
                    q.push(++cnt);          //入栈 
                    node[cnt].bx=tbx; node[cnt].by=tby;   //更新状态 
                    node[cnt].lx=tlx; node[cnt].ly=tly;
                    node[cnt].step=node[now].step+1;
                    if (tlx==ex&&tly==ey) {printf("%d
    ",node[cnt].step); return ;} //判断目的 
                }
            }
        }
        printf("-1
    ");
        return ;
    }
    int main()
    {
        freopen("puzzle.in","r",stdin);
        freopen("puzzle.out","w",stdout);
        cin>>n>>m>>q;
        for (int i=1;i<=n;i++)
          for (int j=1;j<=m;j++)
            scanf("%d",&MAP[i][j]);
        for (int i=1;i<=q;i++)
          bfs();
        return 0;
    }

    好了,大概就是这样。必须要熟练掌握,关键时刻可以骗分- -

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