用C語言解決迷宮問題

期待一片自己的藍天發表於2014-06-10
C語言
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define ROW 10
#define COL 10

/*迷宮中位置資訊*/
typedef struct position
{
	int x;
	int y;
}position;

/*在迷宮中的當前位置的資訊，也是入棧的基本元素*/
typedef struct SElem
{
	int di;
	position seat;
}SElem;

/*鏈式棧中節點的定義*/
typedef struct position_stack
{
	SElem p;
	struct position_stack *next;
}*Stack_pNode,Stack_Node;

void InitStack(Stack_pNode *Link)
{
	*Link = NULL;
}

void push(Stack_pNode *Link,SElem e)
{
	Stack_pNode new_SElem = (Stack_pNode)calloc(1,sizeof(Stack_Node));
	new_SElem->p = e;
	new_SElem->next = NULL;
	if (*Link == NULL)
		*Link = new_SElem;
	else
	{
		new_SElem->next = *Link;
		*Link = new_SElem;
	}
}

int pop(Stack_pNode *Link,SElem *e)
{
	if (*Link == NULL)
		return 0;
	*e = (*Link)->p;
	Stack_pNode q = *Link;
	*Link = (*Link)->next;
	free(q);
	return 1;
}

int top(Stack_pNode Link, SElem *e)
{
	if (Link == NULL)
		return 0;
	*e = Link->p;
	return 1;
}

int empty(Stack_pNode Link)
{
	if (Link == NULL)
		return 1;
	else
		return 0;
}

int reverse(Stack_pNode *Link)
{
	Stack_pNode p, q, r;
	if (*Link == NULL || (*Link)->next == NULL)
		return 0;
	r = *Link;
	p = (*Link)->next;
	q = NULL;
	while (p){
		r->next = q;
		q = r;
		r = p;
		p = p->next;
	}
	r->next = q;
	*Link = r;
}

void print(Stack_pNode Link)
{
	Stack_pNode r = Link;
	while (r){
		printf("(%d,%d) -> ",r->p.seat.x,r->p.seat.y);
		r = r->next;
	}
	printf("exit\n");
}

int curstep = 1;/*紀錄當前的足跡，填寫在探索前進的每一步正確的路上*/
/*迷宮地圖，1代表牆的位置，0代表可行的路，周圍有一圈牆*/
int m[ROW+2][COL+2] = {
	1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,
	1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1,
	1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1,
	1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1,
	1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 1,
	1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1,
	1, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 1,
	1, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 1,
	1, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1,
	1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1,
	1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1,
	1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1
};
/*方向優先順序設定，依次為當前位置的右，下，左，上，在位置資訊中，儲存有本次

前進的方向--陣列的下標*/
position dir_set[4] = { { 0, 1 }, { 1, 0 }, { 0, -1 }, { -1, 0 } };

/*判斷當前位置是否可行，即判斷是路，還是牆*/
int pass(position p)
{
	if (m[p.x][p.y])
		return 0;
	else
		return 1;
}
/*將當前的步數填寫在走的每一步正確的路上，當發現走不通時，會把當時寫的資訊

用‘1’抹掉，代表走不通。*/
void footPrint(position p)
{
	m[p.x][p.y] = curstep;
}
/*計算下一步的座標，di代表方向，本函式只負責計算下一步座標，不判斷優先順序*/
void nextPos(position *p, int di)
{
	(*p).x += dir_set[di].x;
	(*p).y += dir_set[di].y;
}
/*如上面的footPrint()註釋中提到的，當發現當前路走不通時，會用‘1’把走不通的

路堵上。*/
void markPrint(position p)
{
	m[p.x][p.y] = 1;
}
/*迷宮程式的主函式，形參是一個指向不帶頭節點的棧的指標的指標，一個開始位置

，一個結束位置*/
int find_path(Stack_pNode * Maze_stack,position start,position end)
{
	position curpos = start;/*定義一個位置變數，用來儲存當前的位置資訊

*/
	SElem e;/*棧的元素，包括位置資訊，和前進的方向*/
	do
	{
		if (pass(curpos)){ /*如果當前節點是路，則要將當前節點入棧，

並計算下一步前進方向*/
			footPrint(curpos);/*在前進節點上紀錄當前的步數*/
			e.seat = curpos;/*儲存位置資訊*/
			e.di = 0;/*儲存方向資訊，預設為向右*/
			push(Maze_stack, e);/*將位置資訊入棧*/
			++curstep;/*步數加1*/
			if (curpos.x == end.x && curpos.y == end.y)/*如果當

前節點是出口，則返回執行成功的標識*/
				return 1;
			nextPos(&curpos, e.di);/*計算下一步的座標，是根據當

前位置資訊計算的，即已經入棧了的資訊*/
		}
		else{/*如果當前節點是牆，則需要從棧取出之前走過的路，即沿原

路返回，在返回的過程中，還要不斷的判斷有沒有其他的路*/
			if (!empty(*Maze_stack)){/*如果棧中有元素*/
				pop(Maze_stack,&e);
				--curstep;
				while (e.di == 3 && !empty(*Maze_stack)){/*

邊向前回溯，邊判斷是否有其他的路可走*/
					markPrint(e.seat);/*用"牆"覆蓋之前

填寫的步數資訊*/
					pop(Maze_stack,&e);
					--curstep;
				}
				if (e.di < 3){/*當找到了一個還有其他的路可

走之前走過的一個方塊（最壞的情況是回到起始位置）*/
					++e.di;/*按優先順序改變之前的行走方向

*/
					push(Maze_stack, e);/*再次入棧*/
					++curstep;/*再次將步數加1*/
					curpos = e.seat;/*再次紀錄現在的位

置*/
					nextPos(&curpos, e.di);/*再次計算下

次的方向，有了以上的準備，即將進行下一次的迴圈*/
				}//end if
			}//end if
		}//end else
	} while (!empty(*Maze_stack));
	return 0;
}

/*列印迷宮*/
void printMaze()
{
	int i, j;
	for (i = 0; i < ROW+2; ++i)
	{
		for (j = 0; j < COL+2; ++j){
			printf("%2d ", m[i][j]);
		}
		printf("\n");
	}

}

int main()
{
	//stack_test();
	position start = { 1, 1 };/*迷宮入口*/
	position end = { 10, 10 };/*迷宮出口*/
	Stack_pNode maze_stack;/*宣告一個棧，一會兒用來存放在迷宮中走過的位

置*/
	InitStack(&maze_stack);/*初始化棧*/
	if (find_path(&maze_stack, start, end)){
		reverse(&maze_stack);/*由於棧中存放的是倒置的資訊，需要將棧

倒置*/
		print(maze_stack);/*列印帶有走過的步數資訊的迷宮地圖*/
	}
	else{
		printf("Has no way to out of the maze.\n");
	}
	printMaze();
	
	return 0;
}

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