• 算法七:广度优先搜索


    算法七:广度优先搜索

    Clicks: 2030 Date: 2014-11-11 21:56:38 Power By 李轩Lane

     

        什么是广度优先搜索?广度优先搜索也称为宽度优先搜索,一层一层不断的扩展来达到搜索的目的。以一个点为中心,将上下左右4个点都搜索过后,再以这4个点分别为中心点,搜索该中心点的上下左右4个点,依次类推。

        场景:比如我们要从点(1,1)到点(5,5),我们使用广度优先算法来找出最短路劲。

        第一步:将点(1,1)的上下左右4个点找出,走过的点忽略,不能走的点忽略(比如水,墙),那么只有(1,2)和(2,1)2个点,因为(1,0)和(0,1)已经超出了地图范围。

        第二步:将第一步得出的点(1,2)的上下左右4个点找出,走过的点忽略,不能走的点忽略,那么只有(1,3)和(2,2)2个点,因为(0,2)已经超出了地图范围,(1,1)已经走过了。

        第三步:将第一步得出的将点(2,1)的上下左右4个点找出,走过的点忽略,不能走的点忽略,那么只有(3,1)这一个点,因为(2,0)已经超出了地图范围,(1,1)已经走过了。(2,2)在第二部已经得出了。

        ……

        依次类推,将每个点都尝试过后,则比较每种方式的长度,得出最短路径。

        代码将展示另一个实例。我们都玩过炸弹人的游戏,地图中有墙和敌人,在地图的空地上方一个炸弹,炸弹会在上下左右4个直线方向炸出4道火花,敌人会被炸死,而墙不会受到影响。基于此,我们用广度优先算法来实现哪个点可以炸死的敌人数量最多。

        1、建立一个队列,将起点(人物刚出的时候在地图的位置)作为队列的第一个元素。按照队列的顺序来执行。

        2、将这个点的上下左右4个点也依次入队。然后把起点出队。

        3、这时把队列的第一个元素(起点的右边的点)作为中心点,将这个点的上下左右4个点依次入队,然后这个点出队。            4、这时把队列的第一个元素(起点的下边的点)作为中心点,将这个点的上下左右4个点依次入队,然后这个点出队。            5、这时把队列的第一个元素(起点的左边的点)作为中心点,将这个点的上下左右4个点依次入队,然后这个点出队。            6、这时把队列的第一个元素(起点的上边的点)作为中心点,将这个点的上下左右4个点依次入队,然后这个点出队。            7、这时把队列的第一个元素(起点的右边的点的右边的点)作为中心点,将这个点的上下左右4个点依次入队,然后这个点出队。

        ……

        依次类推,总之,就是把一个点作为中心点,然后把这个点的上下左右依次入队,按照队列顺序,队列中每个点都要作为中心点,把中心点上下左右4个点依次入队。直到队列没有元素时停止。

        我们约定,敌人为“G”,墙为“#”,空地为“.”。

        计算一个点可以炸死的敌人数量的函数getnum()如下:

    int getnum(int i, int j){

        int x, y, sum=0;

        //统计点(i, j)的左边可以消灭多少敌人

        x = i;

        y = j;

        //如果是墙就停止

        while(a[x][y] != '#'){

            if(a[x][y] == 'G') sum++;

            x--;

        }

        //统计点(i, j)的右边可以消灭多少敌人

        x = i;

        y = j;

        //如果是墙就停止

        while(a[x][y] != '#'){

            if(a[x][y] == 'G') sum++;

            x++;

        }

        //统计点(i, j)的上边可以消灭多少敌人

        x = i;

        y = j;

        //如果是墙就停止

        while(a[x][y] != '#'){

            if(a[x][y] == 'G') sum++;

            y--;

        }

        //统计点(i, j)的下边可以消灭多少敌人

        x = i;

        y = j;

        //如果是墙就停止

        while(a[x][y] != '#'){

            if(a[x][y] == 'G') sum++;

            y++;

        }

        return sum;

    }

        入队操作的代码如下:

    //起点入队

        que[tail].x = startx;

        que[tail].y = starty;

        tail++;

        book[startx][starty] = 1;

        max = getnum(startx, starty);

        mx = startx;

        my = starty;

        广度优先搜索的核心代码如下:

    //广度优先搜索的核心部分

        while(head < tail){

            for(k = 0; k< 4; k++){

                tx = que[head].x + next[k][0];

                ty = que[head].y + next[k][1];

                //越界

                if(tx<0 || tx>n-1 || ty<0 || ty>n-1) continue;

                //不是平地?以前走过了?

                if(a[tx][ty]!='.' || book[tx][ty]!=0) continue;

                //这个点可以走,并且没走过,就标记为走过了,然后入队

                book[tx][ty] = 1;

                que[tail].x = tx;

                que[tail].y = ty;

                tail++;

                sum = getnum(tx, ty);

                if(sum > max){

                    max = sum;

                    mx = tx;

                    my = ty;

                }

            }

            //这个点的上下左右都看过了,就出队

            head++;

        }

        完整的代码如下:

    #include<stdio.h>

    struct Note{

        int x;

        int y;

    };

    char a[20][20];

    //获取点(i, j)可以炸死多少敌人。

    int getnum(int i, int j);

    void main(){

        struct Note que[401];

        int head=1, tail=1;

        int book[20][20] = {0};

        int i, k, tx, ty, startx, starty, sum, max=0, mx, my, m, n;

        int next[4][2] = {{0, 1}, {1, 0}, {0, -1}, {-1, 0}};

        //地图长n,宽m,起始位置坐标为startx,starty

        scanf("%d %d %d %d", &n, &m, &startx, &starty);

        for(i=0; i<n; i++){

            printf("Line : %d", i);

            scanf("%s", a[i]);

        }

        //起点入队

        que[tail].x = startx;

        que[tail].y = starty;

        tail++;

        book[startx][starty] = 1;

        max = getnum(startx, starty);

        mx = startx;

        my = starty;

        //广度优先搜索的核心部分

        while(head < tail){

            for(k = 0; k< 4; k++){

                tx = que[head].x + next[k][0];

                ty = que[head].y + next[k][1];

                //越界

                if(tx<0 || tx>n-1 || ty<0 || ty>n-1) continue;

                //不是平地?以前走过了?

                if(a[tx][ty]!='.' || book[tx][ty]!=0) continue;

                //这个点可以走,并且没走过,就标记为走过了,然后入队

                book[tx][ty] = 1;

                que[tail].x = tx;

                que[tail].y = ty;

                tail++;

                sum = getnum(tx, ty);

                if(sum > max){

                    max = sum;

                    mx = tx;

                    my = ty;

                }

            }

            //这个点的上下左右都看过了,就出队

            head++;

        }

        printf("炸弹放在%d,%d的位置,可以炸死%d人", mx, my, max);

    }

    int getnum(int i, int j){

        int x, y, sum=0;

        //统计点(i, j)的左边可以消灭多少敌人

        x = i;

        y = j;

        //如果是墙就停止

        while(a[x][y] != '#'){

            if(a[x][y] == 'G') sum++;

            x--;

        }

        //统计点(i, j)的右边可以消灭多少敌人

        x = i;

        y = j;

        //如果是墙就停止

        while(a[x][y] != '#'){

            if(a[x][y] == 'G') sum++;

            x++;

        }

        //统计点(i, j)的上边可以消灭多少敌人

        x = i;

        y = j;

        //如果是墙就停止

        while(a[x][y] != '#'){

            if(a[x][y] == 'G') sum++;

            y--;

        }

        //统计点(i, j)的下边可以消灭多少敌人

        x = i;

        y = j;

        //如果是墙就停止

        while(a[x][y] != '#'){

            if(a[x][y] == 'G') sum++;

            y++;

        }

        return sum;

    }

    输入:第一次要求输入地图的长、宽、起始X坐标、起始Y坐标:13 13 3 3

    第二次要求输入的就是地图了,每次一行,如下

    #############

    #GG.GGG#GGG.#

    ###.#G#G#G#G#

    #.......#..G#

    #G#.###.#G#G#

    #GG.GGG.#.GG#

    #G#.#G#.#.#.#

    ##G...G.....#

    #G#.#G###.#G#

    #...G#GGG.GG#

    #G#.#G#G#.#G#

    #GG.GGG#G.GG#

    #############

    输出:炸弹放在7,11的位置,可以炸死10人.

    Ps:代码案例来源于《啊哈!算法》一书

    炸弹人游戏本篇用广度优先搜索来解决,也可以深度优先搜索来实现。关于《深度优先搜索实现炸弹人游戏》点击查看

     
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