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在地圖上點擊能夠設定障礙,不過刪除障礙和設置起點終點,還是只能通過右邊設置坐標實現。在右側輸入坐標,點擊按鈕,就會對坐標表示的格子執行相應命令。設置好地圖,可以點擊按鈕生成最短路徑。一個格子在一個單位時間內只能上下左右移動一個格子。
關於尋路,實際上是按照某種要求,找到一條或幾條符合要求的通往目的地的路徑。最常見的就是尋找最短路徑。我們不可能漫無目的的找路,正所謂條條大路通羅馬,反正地球是圓的,方向走錯就地球繞一圈唄(哦呵呵,扯淡了~)。
那么,對於尋路的算法,最笨的方法(恩,這個方法就算是傻子也不會用),無非就是通過遍歷的方 法將所有可能通往目的地的路勁找出來,一一比較,找出符合要求的路徑。這個計算方法產生的路徑數量關於路徑長度是指數級的,空間和時間的消耗可想而知。這 讓計算機在計算過程中就好比無頭蒼蠅瞎找路,沒有任何目的性,這樣的時間花費,顯然是很難讓人接受的。
我們要做的工作就是,通過一些已有的數學定理,讓計算機變得聰明,至少,讓他不會做太多無謂的運動。在尋路過程中,計算所花費的時間和空間越少,算法就越優越。
廢話講完進入正題,希望大家在這之前沒有睡着,哦呵呵!
既然是解決尋找兩點之間最短路徑的的問題。我們自然會想一個描述兩點之間最短路徑特征的命題。
如果在點A和C之間存在一條最短路徑AC,並且在AC上有個點B,那么,沿這條路徑產生的路徑AB,是點A到點B的最短路徑。
像這張圖,如果這條路徑是A到G的最短路徑,那么AF路徑就一定也是A到F的最短路徑。
用反證法證明的話,可以這么說。如果存在一條更短的A到F的路徑,那么我們完全可以從A走更短的路徑到達F,然后再從F到達G,那么產生的路徑就比AG要短,這顯然和AG是最短路徑這個前提矛盾。故AF就一定是最短路徑啦。
同理,我們還能推出,AB,AC,AD,甚至BD,BE都是最短路徑,這個圖中任意兩點沿這個路徑所產生的路徑,都是最短路徑。當然,這個最短路徑不是唯一的,這只是其中一條。
利用這個數學原理,我們可以在尋路過程中,率先找到起點到某點的一條最短路徑,那么之后的所有尋路都基於這個最短路徑之上,而不必考慮起點到這個點的其他路徑。這樣的方法能剔除大量無謂的路徑,減少時間和空間的壓力。
那么如何率先找到起點到某點的最短路徑呢?這里用到數據結構里面的一種廣度優先搜索的方法對圖進行搜索。
廣度優先搜索按照從起點到其他點的路徑的長度,從短到長一層一層搜索。當某個點第一次被搜索到,那么所搜索的那個路徑就一定是一條最短路徑了。這個講起來有點抽象,下面我們用一張3*3的地圖來演示下搜索的過程。
這張地圖中,F為障礙物,A是起點,I是終點。每個格子,即一個結點,有三部分和 搜索有關的屬性。第一個是指向和這個節點相鄰的結點的一系列引用(圖中黑色箭頭表示)。第二個是指向母結點的引用(圖中紅色箭頭表示),在未開始搜索之 前,這個屬性是空的。第三個就是一個布爾值,表示結點是否是可被搜索的,障礙物默認是不可被搜索的,沒有人會產生一個經過障礙物的路徑吧,所以這個搜索直 接忽略。
將地圖連接好之后,我們會產生一個圖(此圖為數據結構里面的概念),當然,我們也能把這個圖看成是一個根節點是起點,元素能重復的無限深度的樹。
然后我們就開始搜索,首先,從A出發,我們能到B和D,由於B和D是第一次被搜索到,故AB和AD必然是最短路徑(這個是不爭的事實,他們一步就到了,其他路徑皆是繞圈子)。
恩,很好,那么接下來我們就把B和D的指向母結點的引用(上面提到的結點的第二部分屬性,也就是地圖中畫出的紅色箭頭)指向A,表示從起點到達B和D的最短路徑是從A那過來的,這樣就把路徑儲存下來了。
然后,將B和D設為不可搜索,表示B和D的最短路徑已經產生了,要是下面要是還搜他們,那么產生的路徑一定沒這個短,因為搜索的順序是從短到長的嘛。所以就沒有必要對他們搜索了。
最后,將B和D存入第二層的臨時數組,第二輪的搜索就要從B和D開始了!
第二輪,首先,從B開始搜索,像剛才從A開始一樣。我們發現,B的子節點有三個,其中A被鎖定了(藍色表示,它的子節點由於不參與搜索,就暫時忽略不畫),所以直接忽略A。
然后是E和C,發現者兩個沒有被鎖定,那么它們就是第一次出現咯(因為第一次出現后就要被鎖定,所以沒鎖定的就是第一次出現)。恩,把他們像剛才處理B和D一樣,設置路徑,然后鎖定,再存入第三層的臨時數組。
B的子節點處理完了,然后是D的子節點。A是鎖定的忽略,E剛才在處理B的子節點的時候被鎖了,所以也忽略。恩,G第一次出現,把它處理了存入第三層數組,這樣,第三層就全部處理完了。下面進入第三輪搜索。
第三輪中,只有H新來的,其他均是老面孔。H存入第四層數組,接下來進入第四輪搜索。
G是老面孔,I是新來的,而且!I就是我們所要的終點。。OK!,搜索就這樣結束了!
我們沿着I的指向母結點的引用,I-H-E-B-A,到達起點,這個就是我們要找的路徑。
這里,我們不止可以找到起點到終點的最短路徑。在搜索過程中,我們已經建立了一個從起點出發,到任何點的最短路徑的樹。從任何點出發,沿着指向母結點的引用走到起點,都能產生最短路徑。