Java迷宮游戲

緣起：

　　去年（大三上學期）比較喜歡寫小游戲，於是想試着寫個迷宮試一下。

程序效果：

 

按下空格顯示路徑：

 

思考過程：

　　迷宮由一個一個格子組成，要求從入口到出口只有一條路徑.

　　想了一下各種數據結構，似乎樹是比較合適的，從根節點到每一個子節點都只有一條路徑。假設入口是根節點，出口是樹中某個子節點，那么，從根節點到該子節點的路徑肯定是唯一的。

　　所以如果能構造一棵樹把所有的格子都覆蓋到，也就能夠做出一個迷宮了。

　　另外還要求樹的父節點和子節點必須是界面上相鄰的格子。

　　在界面顯示時，父節點和子節點之間共用的邊不畫，其他的邊都畫出來，就能畫出一個迷宮。

　　之后就是想一下該怎么實現這樣一棵樹。

　　首要的兩個問題：

　　　　1、樹怎么表示？

　　　　2、怎么構造這棵樹？

　　

　　1.樹怎么表示？

　　假設像寫二叉樹一樣實現這棵樹，那么每個樹節點里就要存儲一個坐標（X,Y）表示一個格子，另外還要存儲四個指針。指針中有的為空，有的不為空，不為空的指針指向子節點，子節點保存鄰居格子的坐標。這樣做最大的問題是無法判定是否所有的格子都在樹中。也許還要用一個二維數組作標志數組。

　　假如用二維數組表示迷宮的格子。每個數組元素存儲一個指向父節點的引用，這樣也可以形成一個虛擬的樹。於是就用一個N*N的二維數組，表示N*N個格子，每個數組元素(Lattice)中有一個指向父節點的引用(father)。另外，為了能方便的獲取格子的坐標，還要保存坐標信息。

 

　　2.怎么構造這棵樹？

　　首先選定一個格子作為根節點。為了讓迷宮的形狀夠隨機，我選擇隨機生成一個坐標作為根節點。其實，選擇確定的一個坐標也可以。

　　然后，怎樣往這棵樹上增加節點呢？

　　在這里我走了不少彎路，一開始想的是一種現在看來類似回溯的算法（當時還不知道回溯算法。。），但是時間復雜度很高，大概當迷宮為64*64的時候，算法就不出結果了。

　　然后，又使用了一種掃深度搜索也是回溯描的方法，每次掃描在當前樹中找一個節點，看它的鄰居格子是否在樹中，如果還沒在樹中，就將該鄰居格子加入樹中，如果已在樹中，就看下一個鄰居格子，如果該節點所有鄰居格子都在樹中了，就找下一個節點，繼續同樣的操作。另外為了讓迷宮生成的隨機，掃描的起始位置是隨機的就可以了。但是，該方法生成的迷宮中的路徑總是不夠深，沒有我想要的曲折深入的效果。畢竟是類似廣度搜索的方法。而且，這樣做總還像是靠蠻力，算法不夠聰明簡潔。

　　最后，我終於想到使用深度搜索。。大概是因為數據結構已經學過了一年，又沒太練，忘了不少，所以一直沒想到這個應該第一想到的方法。。

　　隨機選擇一個格子作為根節點，從它開始隨機地深度搜索前進，開出一條路來，直到無路可走了，退回一步，換另一條路，再走到無路可走，回退一步，換另一條……如此循環往復，直到完全無路可走。。。其實也還是回溯。

　　在程序里就是以下過程（詳見代碼中的createMaze()函數）：

　　　　隨機選擇一個格子作為根節點，將它壓進棧里。

　　　　然后在棧不為空的時候執行以下循環：

　　　　　　取出一個格子，將它的INTREE標志設置為1，然后將它的所有不在樹中的鄰居格子壓進棧里（順序隨機），並且讓這些鄰居格子的father指向該格子。

　　

　　解決了這兩個問題，其余的畫迷宮、顯示路徑、小球移動也就比較簡單了。

 

 代碼：

package maze;

import java.awt.Color;
import java.awt.Graphics;
import java.awt.event.KeyAdapter;
import java.awt.event.KeyEvent;
import java.util.Random;
import java.util.Stack;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JOptionPane;
import javax.swing.JPanel;
class Lattice {
    static final int INTREE = 1;
    static final int NOTINTREE = 0;
    private int x = -1;
    private int y = -1;
    private int flag = NOTINTREE;
    private Lattice father = null;
    public Lattice(int xx, int yy) {
        x = xx;
        y = yy;
    }
    public int getX() {
        return x;
    }
    public int getY() {
        return y;
    }
    public int getFlag() {
        return flag;
    }
    public Lattice getFather() {
        return father;
    }
    public void setFather(Lattice f) {
        father = f;
    }
    public void setFlag(int f) {
        flag = f;
    }
    public String toString() {
        return new String("(" + x + "," + y + ")\n");
    }
}
public class Maze extends JPanel {
    private static final long serialVersionUID = -8300339045454852626L;
    private int NUM, width, padding;// width 每個格子的寬度和高度
    private Lattice[][] maze;
    private int ballX, ballY;
    private boolean drawPath = false;
    Maze(int m, int wi, int p) {
        NUM = m;
        width = wi;
        padding = p;
        maze = new Lattice[NUM][NUM];
        for (int i = 0; i <= NUM - 1; i++)
            for (int j = 0; j <= NUM - 1; j++)
                maze[i][j] = new Lattice(i, j);
        createMaze();
        setKeyListener();
        this.setFocusable(true);
    }
    private void init() {
        for (int i = 0; i <= NUM - 1; i++)
            for (int j = 0; j <= NUM - 1; j++) {
                maze[i][j].setFather(null);
                maze[i][j].setFlag(Lattice.NOTINTREE);
            }
        ballX = 0;
        ballY = 0;
        drawPath = false;
        createMaze();
        // setKeyListener();
        this.setFocusable(true);
        repaint();
    }
    public int getCenterX(int x) {
        return padding + x * width + width / 2;
    }
    public int getCenterY(int y) {
        return padding + y * width + width / 2;
    }

    public int getCenterX(Lattice p) {
        return padding + p.getY() * width + width / 2;
    }
    public int getCenterY(Lattice p) {
        return padding + p.getX() * width + width / 2;
    }
    private void checkIsWin() {
        if (ballX == NUM - 1 && ballY == NUM - 1) {
            JOptionPane.showMessageDialog(null, "YOU WIN !", "你走出了迷宮。",
                    JOptionPane.PLAIN_MESSAGE);
            init();
        }
    }
    synchronized private void move(int c) {
        int tx = ballX, ty = ballY;
        // System.out.println(c);
        switch (c) {
            case KeyEvent.VK_LEFT :
                ty--;
                break;
            case KeyEvent.VK_RIGHT :
                ty++;
                break;
            case KeyEvent.VK_UP :
                tx--;
                break;
            case KeyEvent.VK_DOWN :
                tx++;
                break;
            case KeyEvent.VK_SPACE :
                if (drawPath == true) {
                    drawPath = false;
                } else {
                    drawPath = true;
                }
                break;
            default :
        }
        if (!isOutOfBorder(tx, ty)
                && (maze[tx][ty].getFather() == maze[ballX][ballY]
                        || maze[ballX][ballY].getFather() == maze[tx][ty])) {
            ballX = tx;
            ballY = ty;
        }
    }
    private void setKeyListener() {
        this.addKeyListener(new KeyAdapter() {
            public void keyPressed(KeyEvent e) {
                int c = e.getKeyCode();
                move(c);
                repaint();
                checkIsWin();

            }
        });
    }
    private boolean isOutOfBorder(Lattice p) {
        return isOutOfBorder(p.getX(), p.getY());
    }
    private boolean isOutOfBorder(int x, int y) {
        return (x > NUM - 1 || y > NUM - 1 || x < 0 || y < 0) ? true : false;
    }
    private Lattice[] getNeis(Lattice p) {
        final int[] adds = {-1, 0, 1, 0, -1};// 順序為上右下左
        if (isOutOfBorder(p)) {
            return null;
        }
        Lattice[] ps = new Lattice[4];// 順序為上右下左
        int xt;
        int yt;
        for (int i = 0; i <= 3; i++) {
            xt = p.getX() + adds[i];
            yt = p.getY() + adds[i + 1];
            if (isOutOfBorder(xt, yt))
                continue;
            ps[i] = maze[xt][yt];
        }
        return ps;
    }
    private void createMaze() {
        Random random = new Random();
        int rx = Math.abs(random.nextInt()) % NUM;
        int ry = Math.abs(random.nextInt()) % NUM;
        Stack<Lattice> s = new Stack<Lattice>();
        Lattice p = maze[rx][ry];
        Lattice neis[] = null;
        s.push(p);
        while (!s.isEmpty()) {
            p = s.pop();
            p.setFlag(Lattice.INTREE);
            neis = getNeis(p);
            int ran = Math.abs(random.nextInt()) % 4;
            for (int a = 0; a <= 3; a++) {
                ran++;
                ran %= 4;
                if (neis[ran] == null || neis[ran].getFlag() == Lattice.INTREE)
                    continue;
                s.push(neis[ran]);
                neis[ran].setFather(p);
            }
        }
        // changeFather(maze[0][0],null);
    }
    private void changeFather(Lattice p, Lattice f) {
        if (p.getFather() == null) {
            p.setFather(f);
            return;
        } else {
            changeFather(p.getFather(), p);
        }
    }
    private void clearFence(int i, int j, int fx, int fy, Graphics g) {
        int sx = padding + ((j > fy ? j : fy) * width),
                sy = padding + ((i > fx ? i : fx) * width),
                dx = (i == fx ? sx : sx + width),
                dy = (i == fx ? sy + width : sy);
        if (sx != dx) {
            sx++;
            dx--;
        } else {
            sy++;
            dy--;
        }
        g.drawLine(sx, sy, dx, dy);
    }
    protected void paintComponent(Graphics g) {
        super.paintComponent(g);
        for (int i = 0; i <= NUM; i++) {
            g.drawLine(padding + i * width, padding, padding + i * width,
                    padding + NUM * width);
        }
        for (int j = 0; j <= NUM; j++) {
            g.drawLine(padding, padding + j * width, padding + NUM * width,
                    padding + j * width);
        }
        g.setColor(this.getBackground());
        for (int i = NUM - 1; i >= 0; i--) {
            for (int j = NUM - 1; j >= 0; j--) {
                Lattice f = maze[i][j].getFather();
                if (f != null) {
                    int fx = f.getX(), fy = f.getY();
                    clearFence(i, j, fx, fy, g);
                }
            }
        }
        g.drawLine(padding, padding + 1, padding, padding + width - 1);
        int last = padding + NUM * width;
        g.drawLine(last, last - 1, last, last - width + 1);
        g.setColor(Color.RED);
        g.fillOval(getCenterX(ballY) - width / 3, getCenterY(ballX) - width / 3,
                width / 2, width / 2);
        if (drawPath == true)
            drawPath(g);
    }
    private void drawPath(Graphics g) {
        Color PATH_COLOR = Color.ORANGE, BOTH_PATH_COLOR = Color.PINK;
        if (drawPath == true)
            g.setColor(PATH_COLOR);
        else
            g.setColor(this.getBackground());
        Lattice p = maze[NUM - 1][NUM - 1];
        while (p.getFather() != null) {
            p.setFlag(2);
            p = p.getFather();
        }
        g.fillOval(getCenterX(p) - width / 3, getCenterY(p) - width / 3,
                width / 2, width / 2);
        p = maze[0][0];
        while (p.getFather() != null) {
            if (p.getFlag() == 2) {
                p.setFlag(3);
                g.setColor(BOTH_PATH_COLOR);
            }
            g.drawLine(getCenterX(p), getCenterY(p), getCenterX(p.getFather()),
                    getCenterY(p.getFather()));
            p = p.getFather();
        }
        g.setColor(PATH_COLOR);
        p = maze[NUM - 1][NUM - 1];
        while (p.getFather() != null) {
            if (p.getFlag() == 3)
                break;
            g.drawLine(getCenterX(p), getCenterY(p), getCenterX(p.getFather()),
                    getCenterY(p.getFather()));
            p = p.getFather();
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        final int n = 30, width = 600, padding = 20, LX = 200, LY = 100;
        JPanel p = new Maze(n, (width - padding - padding) / n, padding);
        JFrame frame = new JFrame("MAZE(按空格鍵顯示或隱藏路徑)");
        frame.getContentPane().add(p);
        frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        frame.setSize(width + padding, width + padding + padding);
        frame.setLocation(LX, LY);
        frame.setVisible(true);
    }
}

 

 

程序完成於大三上學期。

隨筆寫於2016.5.8

 

END