Java实现可视化迷宫

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发布时间：2018-11-26

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技术：Java，深度优先算法

运行环境：Jdk

概述

深度优先算法解决迷宫问题，Java实现可视化界面

详细

## 需求
使用深度优先算法求解迷宫路径，使用Java实现求解过程的可视化，可单步运行，形象直观。

## 演示效果
红色格子为迷宫终点，迷宫可放大缩小，为了录屏选择了较小的尺寸，有多种不同难度的迷宫可以加载。
1. 简单迷宫
![](/contentImages/image/20181124/cWoqNjDmy6cp4tBpVCQ.gif)
2. 复杂迷宫
![](/contentImages/image/20181125/1q6KqDBpNtFEaETARuk.gif)

## 项目运行
文件中有两个运行脚本，Windows下直接双击`win运行.bat`即可，linux和Mac运行sh文件中的命令即可，喜欢用IDE的也可自行创建项目。
运行项目后，点击菜单栏左上角的`Map`加载迷宫地图, 点击右下角的`Run`开始解迷宫,`Step`可单步运行,可通过速度进度条调节速度。

## 项目结构
```
Maze
├── classes      # 存放编译生成的class文件
├── lib.jar      # 打包好的gui库
├── map          # 迷宫地图文件
│   ├── EasyMaze.txt
│   ├── FinalMaze01.txt
│   ├── FinalMaze02.txt
│   ├── FinalMaze03.txt
│   ├── FinalMaze04.txt
│   └── FinalMaze05.txt
├── src
│   ├── MazeBug.java
│   └── MazeBugRunner.java
├── linux运行.sh     # 运行脚本 
└── win运行.bat     # 运行脚本
```
## 原理方法
使用`深度优先算法`，每个格子下一步都有上下左右4种走法，但是这4种走法并不是都是合法的，比如有些格子有障碍物，有些格式在边界之外，去掉这些剩下的才是合法的走法。

深度优先算法的思想就是：
1. 找出当前位置A下一步合法的的格子，选择其中一个，往前走一步到达B。
2.  如果B相邻的有合法格子，重复第1步；如果没有合法的，后退一步回到A，选择A的其他合法格子走；
3. 重复以上方法，直到找到迷宫终点；

`算法优化`：上面的方法选择下一步走的方向是随机的，或者按照上下左右的顺序选择。但是很多迷宫都有偏向性，比如如果有右偏向性，那么每次都优先往右走可以更快走出迷宫。所以在实现的时候，记录每个方向走的次数，每往一个方向走一步就加1，如果回退就该方向减1，每次走都优先走次数最多的方向，当迷宫有偏向性时，该方法效率更高。

以项目中的迷宫为例，大部分情况下偏向性所需步数更少。
```
 普通方法:   534 1175 350 973 1052
 偏向性:       552 761 330 175 420
```

## 代码实现
```java
/*
 * 节点：存储方向和该方向所走的次数
 * 往一个方向前进则加1，后退则减1
 */
class Node {
	private int dir;   // 方向，角度值
	private int ct;    // 该方向所走次数

public Node(int initdir, int initct) {
		dir = initdir;
		ct = initct;
	}

public int getDir() {
		return dir;
	}

public int getCt() {
		return ct;
	}

public void setCt(int deta) {
		ct += deta;
	}
}

// 深度优先算法解迷宫，并且以小甲虫的形式呈现
public class MazeBug extends Bug {
	private Location next;             // 下一步要走的格子
	private Integer stepCount = 0;     // 所走的步数
	private boolean isEnd = false;     // 是否到达迷宫出口
	private boolean hasShown = false;  // 是否显示了结束信息
	private Stack<Location> path = new Stack<>(); // 存储走过的路径
	private ArrayList<Node> arr = new ArrayList<>();

public MazeBug() {
		setColor(Color.GREEN);
		arr.add(new Node(0, 0));
		arr.add(new Node(90, 0));
		arr.add(new Node(270, 0));
		arr.add(new Node(180, 0));
	}

// 周期性执行
	public void act() {
		boolean willMove = canMove();   // 是否还能继续移动

if (isEnd) {  // 是否结束
			if (!hasShown) { // 是否显示结束消息
				String msg = stepCount.toString() + " steps";
				JOptionPane.showMessageDialog(null, msg);
				hasShown = true;
			}
			return;
		} else if (willMove) { // 向前移动一个，步数加1
			move();
			++stepCount;
		} else { // 不能移动，后退一步，将该方向的计数器减1
			Grid<Actor> grid = getGrid();
			Location loc = this.getLocation();
			Location top = path.pop();
			++stepCount;
			grid.remove(top);
			this.setDirection(loc.getDirectionToward(top));
			this.moveTo(top);
      // 在走过的死路留下一朵白花
			Flower flower = new Flower(Color.WHITE);
			flower.putSelfInGrid(getGrid(), loc);

// 方向计数器减1
			int dir = 180 + ((getDirection() / 90) % 2) * 180 - getDirection();
			for (Node node : arr)
				if (node.getDir() == dir) {
					node.setCt(-1);
					return;
				}
		}
	}

// 找出和当前位置相邻的、合法的并且从未走过的格子
	public Location getValid(Location loc) {
		Grid<Actor> gr = getGrid();
		if (gr == null)
			return null;

// 将每个方向走过的次数从大到小排序，下一步优先选次数多的方向走
		Location adjLocation;
		arr.sort(new Comparator<Node>() {
			@Override
			public int compare(Node a, Node b) {
				return (a.getCt() < b.getCt()) ? 1 : -1;
			}
		});

for (Node node : arr) {
			adjLocation = this.getLocation().getAdjacentLocation(node.getDir());
			if (gr.isValid(adjLocation)
					&& (gr.get(adjLocation) == null || gr.get(adjLocation).getColor().equals(Color.RED))) {
				node.setCt(1);
				return adjLocation;
			}
		}
		return null;
	}

// 判断当前位置是否可以继续移动
	public boolean canMove() {
		Grid<Actor> gr = getGrid();
		Actor adj;
		Location loc = this.getValid(this.getLocation());
		if (loc != null) {
			adj = gr.get(loc);
			next = loc;
			isEnd = adj != null && adj.getColor().equals(Color.RED);
			return true;
		}
		return false;
	}

// 将甲虫的方向转向下一格，往前移动一步，将原来的位置压栈，并放置一朵绿花，表示走过的路径
	public void move() {
		Grid<Actor> gr = getGrid();
		if (gr == null)
			return;
		Location loc = this.getLocation();
		path.push(loc);
		this.setDirection(loc.getDirectionToward(next));
		this.moveTo(next);
		Flower flower = new Flower(this.getColor());
		flower.putSelfInGrid(gr, loc);
	}
}
```

## 其他：
跟算法无关的代码，比如GUI方面的都打包成`lib.jar`了，如果想要自己更改可以自行解压。

本实例支付的费用只是购买源码的费用，如有疑问欢迎在文末留言交流，如需作者在线代码指导、定制等，在作者开启付费服务后，可以点击“购买服务”进行实时联系，请知悉，谢谢

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