迷宫问题用栈Java

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mob64ca12e83232 2024-11-15 05:50:44 ©著作权

文章标签 Stack java System 文章分类 Java 后端开发

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使用栈解决迷宫问题的Java实现

1. 引言

迷宫问题是一个经典的计算机科学问题，它的目标是在一个二维网格中找到从起点到终点的路径。本篇文章将向您介绍如何使用栈（Stack）来解决这个问题。我们将通过一些步骤来实现这一过程，并提供详细的代码示例。

2. 流程概述

下面是实现迷宫问题的基本流程：

步骤	描述
1	定义迷宫及起点、终点
2	创建栈结构来存储路径
3	实现迷宫遍历算法（DFS）
4	检查并记录路径
5	输出结果

3. 每一步的实现

步骤 1：定义迷宫及起点、终点

首先，我们需要定义一个迷宫，可以用一个二维数组来表示，其中0表示通路，1表示障碍。

public class Maze {
    public static final int[][] MAZE = {
        {0, 1, 0, 0, 0},
        {0, 1, 0, 1, 0},
        {0, 0, 0, 1, 0},
        {1, 1, 0, 0, 0},
        {0, 0, 1, 1, 0}
    };

    public static final int START_X = 0; // 起点X坐标
    public static final int START_Y = 0; // 起点Y坐标
    public static final int END_X = 4;   // 终点X坐标
    public static final int END_Y = 4;   // 终点Y坐标
}

步骤 2：创建栈结构

在Java中我们可以使用Stack类来存储路径的信息。

import java.util.Stack;

class Cell {
    int x, y;

    public Cell(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }
}

Stack<Cell> pathStack = new Stack<>();

步骤 3：实现迷宫遍历算法（DFS）

我们使用深度优先搜索（DFS）来遍历迷宫，找到从起点到终点的路径。

public boolean solveMaze(int x, int y) {
    // 检查是否到达终点
    if (x == END_X && y == END_Y) {
        pathStack.push(new Cell(x, y)); // 记录路径
        return true;
    }

    // 检查当前坐标是否在边界内且不是障碍
    if (x >= 0 && x < MAZE.length && y >= 0 && y < MAZE[0].length && MAZE[x][y] == 0) {
        MAZE[x][y] = 2; // 标记为已访问
        pathStack.push(new Cell(x, y)); // 将当前坐标加入路径

        // 进行DFS搜索
        if (solveMaze(x + 1, y) || solveMaze(x - 1, y) || 
            solveMaze(x, y + 1) || solveMaze(x, y - 1)) {
            return true; // 找到路径
        }

        // 如果没有找到路径，则回溯
        pathStack.pop(); // 退回到上一个坐标
    }
    return false; // 未找到路径
}

步骤 4：检查并记录路径

在DFS算法中，如果找到了一条到达终点的路径，我们可以将其记录下来。

在solveMaze函数中，已经通过pathStack记录了路径。如果到达终点，将路径打印出来。

public void printPath() {
    while (!pathStack.isEmpty()) {
        Cell cell = pathStack.pop();
        System.out.println("Path: (" + cell.x + ", " + cell.y + ")");
    }
}

步骤 5：输出结果

以下是主函数，我们将调用以上函数以解决迷宫。

public static void main(String[] args) {
    Maze maze = new Maze();
    if (maze.solveMaze(START_X, START_Y)) {
        System.out.println("找到路径:");
        maze.printPath();
    } else {
        System.out.println("未找到路径");
    }
}

迷宫的关系图

下面是程序中各类之间的关系图：

erDiagram
    MAZE {
        int[][] maze
        int startX
        int startY
        int endX
        int endY
    }

    Cell {
        int x
        int y
    }

    Stack {
        Cell[] path
    }
    
    MAZE ||--o| Cell : contains
    MAZE ||--o| Stack : stores