C++深度优先和广度优先的实现

前言

本文主要讲的深度优先算法和广度优先算法的区别，其中深度优先有两种实现方式，一种是递归法，另一种是非递归（栈实现），而广度优先就是队列的实现；
后面还会以图形表述栈实现和队列实现；且用到了图形库easyx；

源码如下：

main.cpp

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#include <iostream>
#include<vector>
#include<windows.h>
#include"Draw.h"
#include"DFS.h"
#include"BFS.h"
#include"Search.h"
using namespace std;
vector<vector<int>> map =
{
    {0,0,1,0,1,0,1},
    {1,0,0,0,0,0,1},
    {1,0,1,1,1,0,0},
    {1,0,0,0,1,1,1},
    {0,0,1,0,0,0,1},
    {1,0,1,0,1,0,0},
    {1,0,1,1,1,0,1},
};
//检查数据的合法性
bool check(int x, int y)
{
    //所走的路径不能越界，也不能走到地图为1的地方。
    if ((y < 0 ||  x<0) || y >= map.size() ||x>=map[y].size() || map[y][x] == 1)
    {
        return false;
    }
    return true;
}
//测试图形库是否能正常运行
void test()
{
    Draw draw(600, map);
    draw.updata();
}
//深度优先算法
void test1()
{
    DFS dfs(check);
    Draw draw(600, map);
    Pos start{ 0,0 };
    Pos end{ 1,6 };
    draw.level[end.y][end.x] = Draw::end;//设置终点位置
    draw.updata();
    const auto& path = dfs.recursive(start,end);//开始寻路，路径找完后用vector保存了
    for (const auto& e : path)
    {
        draw.level[e.y][e.x] = Draw::visit;//路径设置为visit。注意x，y不要写反了
        draw.updata();
        Sleep(500);
    }
}
//广度优先算法
void test2()
{
    BFS bfs(check);
    Draw draw(600, map);
    Pos start{ 1,1 };
    Pos end{ 3,0 };
    draw.level[end.y][end.x] = Draw::end;
    draw.updata();
    const auto& path = bfs.queue(start, end);
    for (const auto& e : path)
    {
        draw.level[e.y][e.x] = Draw::visit;
        draw.updata();
        Sleep(500);
    }

}
int main()
{
    //test();
    //test1();
    //test2();
    system("pause");
    return 0;
}

Draw.h

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#pragma once
#include<vector>
#include<easyx.h>
#include<string>
#include<iostream>

//区别名
using vec2 = std::vector<std::vector<int>>;
//绘制地图的类
class Draw
{
public:
	Draw(int&& length, vec2& map) :length(length)
{
	this->level = map;
	this->size = length / level.size();
	initgraph(length, length, EW_SHOWCONSOLE);
}
	~Draw()
{
	closegraph();
}
	enum {
		road=0,//空地
		wall,//墙
		visit,//走过的路
		end,//终点
	};
	//绘制的地图。
	vec2 level;
	//游戏更新
	void updata()
{
	draw();
	test();
}
private:
	int length;				//宽度和高度
	int size;				//每个瓦片的大小
	//绘制地图
	void draw()
{
	BeginBatchDraw();//开始批量画图
	cleardevice();//把之前的先清除
	for (size_t i = 0; i < level.size(); i++)
	{
		for (size_t j = 0; j < level[i].size(); j++)
		{
			if (level[i][j] == road)
			{
				setfillcolor(RGB(0xdd, 0xdd, 0xdd));//设置路的颜色
			}
			else if (level[i][j] == wall)
			{
				setfillcolor(RGB(0x33, 0x33, 0xcc));
			}
			else if (level[i][j] == visit)
			{
				setfillcolor(RGB(0x33, 0xcc, 0x33));
			}
			else if (level[i][j] == end)
			{
				setfillcolor(RGB(0xff, 0x33, 0x33));
			}
			rect(j, i);//绘制瓦片，j代表x，i代表y。
			/*（0，0）----------▷ x的正方向
			      |
				  |
				  |
				  |
				 ▽ y的正方向
			图形库窗口的坐标*/
		}		  
	}		
	EndBatchDraw();
}				 			
	//绘制文本
	void test()
{
	system("cls");//清屏
	std::string str="";
	for (size_t i = 0; i < level.size(); i++)
	{
		for (size_t j = 0; j < level[i].size(); j++)
		{
			if (level[i][j] == road)
			{
				str += "  ";//设置路的标识符
			}
			else if (level[i][j] == wall)
			{
				str += "+ ";//墙
			}
			else if (level[i][j] == visit)
			{
				str += ". ";//走过的路
			}
			else if (level[i][j] == end)
			{
				str += "= ";//终点
			}
		}
		str += '\n';
	}
	std::cout << str << std::endl;
}	
	//绘制瓦片		
	void rect(int x, int y)
{
	fillrectangle(x * size, y * size, (x + 1) * size, (y + 1) * size);
		/* void fillrectangle(
		int left,
		int top,
		int right,
		int bottom
		); */

}
};

Search.h

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#pragma once
#include<functional>
#include<vector>
struct Pos
{
	int x;
	int y;
	Pos(int x=0, int y=0) :x(x), y(y) {}
};
class Search
{	
protected:
	using Function = std::function<bool(int, int)>;
public:
	Search(Function fn) :fn(fn) {}
protected:
	
	//通过函数适配器调用外部规则，对数据进行判断；
	Function fn;
	//创建一个vector保存路径
	std::vector<Pos> path;
	//判断这条路是否走过
	bool isVisited(Pos pos)
	{
		for (const auto& e : path)
		{
			if (pos.x == e.x && pos.y == e.y)
			{
				return true;
			}
		}
		return false;
	}
	//判断下次移动是否合法
	bool isValid(Pos pos)
	{
		return fn(pos.x, pos.y) && !isVisited(pos);//fn调用外部规则check
	}
};

DFS.h

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#pragma once
#include "Search.h"
//深度优先算法
class DFS : public Search
{
public:
	DFS(std::function<bool(int, int)> fn):Search(fn)//构造子类的时候，需要初始化父类。
{
    
}
	/*start 起点坐标
	  end   终点坐标*/
	//递归法
	std::vector<Pos> recursive(Pos start, Pos end)
{
    this->end = end;
    path.push_back(start);
    _recursive(start);
    return path;
}
	//非递归法（栈实现）
	std::vector<Pos> stack(Pos start, Pos end)
{
    static Pos dir[4] = {
        {0,1},//y+1向下
        {1,0},//x+1向右
        {-1,0},//x-1向左
        {0,-1},//y-1向上
    };
    std::stack<Pos> st;
    st.push(start);
    while (!st.empty())
    {
        auto now = st.top();
        st.pop();
        for (size_t i = 0; i < 4; i++)
        {
            //准备移动的路径
            Pos move(now.x + dir[i].x, now.y + dir[i].y);
            //判断是否能移动
            if (isValid(move))
            {
                st.push(move);
                path.push_back(move);
                //判断是否到达终点
                if (move.x == end.x && move.y == end.y)
                {
                    return path;
                }
            }
        }
    }
    return path;
}
private:
	bool is_end=false;//递归需要的标志位，默认位false
	Pos end;		  //保存终点坐标	
	void _recursive(Pos now)
{
    static Pos dir[4] = {
        {0,1},//y+1向下
        {1,0},//x+1向右
        {-1,0},//x-1向左
        {0,-1},//y-1向上
    };
    //判断是否到达终点
    if (now.x == end.x && now.y == end.y)
    {
        is_end = true;//找到终点标志位置1
        return;
    }
    //循环遍历下右左上4个方向
    for (int i = 0; i < 4; i++)
    {
        //准备移动的路径
        Pos move(now.x + dir[i].x, now.y + dir[i].y);
        //判断能否移动
            if (!is_end && isValid(move))
            {
                path.push_back(move);//保存走过的路径
                _recursive(move);
            }
    }
}
};

BFS.h

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#pragma once
#include "Search.h"
class BFS :public Search
{
public:
	BFS(Function fn):Search(fn)
{
}
	std::vector<Pos> queue(Pos start, Pos end)
{
    static Pos dir[4] = {
       {0,1},//y+1向下
       {1,0},//x+1向右
       {-1,0},//x-1向左
       {0,-1},//y-1向上
    };
    std::queue<Pos> qu;
    qu.push(start);
    while (!qu.empty())
    {
        auto now = qu.front();
        qu.pop();
        for (size_t i = 0; i < 4; i++)
        {
            Pos move(now.x + dir[i].x, now.y + dir[i].y);
            if (isValid(move))
            {
                qu.push(move);
                path.push_back(move);
                if (move.x == end.x && move.y == end.y)
                {
                    return path;
                }
            }
        }
    }
    return path;
}
};

测试结果

递归实现：
在这里插入图片描述

深度优先（栈实现）：
在这里插入图片描述

广度优先（队列实现）
在这里插入图片描述

深度优先（栈实现）和广度优先（队列实现）图解

深度优先：
在这里插入图片描述

广度优先：
在这里插入图片描述

C++
C++深度优先和广度优先的实现
https://howl144.github.io/2021/01/27/00001. C++深度优先和广度优先的实现/
Author
Deng Ye
Posted on
January 27, 2021
Licensed under