Java编写迷宫小游戏

缘起：

去年（大三上学期）比较喜欢写小游戏，于是想试着写个迷宫试一下。

程序效果：

按下空格显示路径：

思考过程：

迷宫由一个一个格子组成，要求从入口到出口只有一条路径.

想了一下各种数据结构，似乎树是比较合适的，从根节点到每一个子节点都只有一条路径。假设入口是根节点，出口是树中某个子节点，那么，从根节点到该子节点的路径肯定是唯一的。

所以如果能构造一棵树把所有的格子都覆盖到，也就能够做出一个迷宫了。

另外还要求树的父节点和子节点必须是界面上相邻的格子。

在界面显示时，父节点和子节点之间共用的边不画，其他的边都画出来，就能画出一个迷宫。

之后就是想一下该怎么实现这样一棵树。

首要的两个问题：

1、树怎么表示？

2、怎么构造这棵树？

1.树怎么表示？

假设像写二叉树一样实现这棵树，那么每个树节点里就要存储一个坐标（X,Y）表示一个格子，另外还要存储四个指针。指针中有的为空，有的不为空，不为空的指针指向子节点，子节点保存邻居格子的坐标。这样做最大的问题是无法判定是否所有的格子都在树中。也许还要用一个二维数组作标志数组。

假如用二维数组表示迷宫的格子。每个数组元素存储一个指向父节点的引用，这样也可以形成一个虚拟的树。于是就用一个N*N的二维数组，表示N*N个格子，每个数组元素(Lattice)中有一个指向父节点的引用(father)。另外，为了能方便的获取格子的坐标，还要保存坐标信息。

2.怎么构造这棵树？

首先选定一个格子作为根节点。为了让迷宫的形状够随机，我选择随机生成一个坐标作为根节点。其实，选择确定的一个坐标也可以。

然后，怎样往这棵树上增加节点呢？

在这里我走了不少弯路，一开始想的是一种现在看来类似回溯的算法（当时还不知道回溯算法。。），但是时间复杂度很高，大概当迷宫为64*64的时候，算法就不出结果了。

然后，又使用了一种扫深度搜索也是回溯描的方法，每次扫描在当前树中找一个节点，看它的邻居格子是否在树中，如果还没在树中，就将该邻居格子加入树中，如果已在树中，就看下一个邻居格子，如果该节点所有邻居格子都在树中了，就找下一个节点，继续同样的操作。另外为了让迷宫生成的随机，扫描的起始位置是随机的就可以了。但是，该方法生成的迷宫中的路径总是不够深，没有我想要的曲折深入的效果。毕竟是类似广度搜索的方法。而且，这样做总还像是靠蛮力，算法不够聪明简洁。

最后，我终于想到使用深度搜索。。大概是因为数据结构已经学过了一年，又没太练，忘了不少，所以一直没想到这个应该第一想到的方法。。

随机选择一个格子作为根节点，从它开始随机地深度搜索前进，开出一条路来，直到无路可走了，退回一步，换另一条路，再走到无路可走，回退一步，换另一条……如此循环往复，直到完全无路可走。。。其实也还是回溯。

在程序里就是以下过程（详见代码中的createMaze()函数）：

随机选择一个格子作为根节点，将它压进栈里。

然后在栈不为空的时候执行以下循环：

取出一个格子，将它的INTREE标志设置为1，然后将它的所有不在树中的邻居格子压进栈里（顺序随机），并且让这些邻居格子的father指向该格子。

解决了这两个问题，其余的画迷宫、显示路径、小球移动也就比较简单了。

代码

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 每个格子的宽度和高度
 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 !", "你走出了迷宫。",
         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};// 顺序为上右下左
   if (isOutOfBorder(p)) {
     return null;
   }
   Lattice[] ps = new Lattice[4];// 顺序为上右下左
   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(按空格键显示或隐藏路径)");
   frame.getContentPane().add(p);
   frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
   frame.setSize(width + padding, width + padding + padding);
   frame.setLocation(LX, LY);
   frame.setVisible(true);
 }
}