Java編寫迷宮小遊戲_java

緣起：

　　去年（大三上學期）比較喜歡寫小遊戲，於是想試著寫個迷宮試一下。

程式效果：

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.

　　想了一下各種資料結構，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，那麼，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介面上相鄰的格子。

　　在介面顯示時，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。

　　之後就是想一下該怎麼實現這樣一棵樹。

　　首要的兩個問題：

　　　　1、樹怎麼表示？

　　　　2、怎麼構造這棵樹？

1.樹怎麼表示？

　　假設像寫二叉樹一樣實現這棵樹，那麼每個樹節點裡就要儲存一個座標（X,Y）表示一個格子，另外還要儲存四個指標。指標中有的為空白，有的不為空白，不為空白的指標指向子節點，子節點儲存鄰居格子的座標。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誌數組。

　　假如用二維數組表示迷宮的格子。每個數組元素儲存一個指向父節點的引用，這樣也可以形成一個虛擬樹。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，為了能方便的擷取格子的座標，還要儲存座標資訊。

　　2.怎麼構造這棵樹？

　　首先選定一個格子作為根節點。為了讓迷宮的形狀夠隨機，我選擇隨機產生一個座標作為根節點。其實，選擇確定的一個座標也可以。

　　然後，怎樣往這棵樹上增加節點呢？

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

　　然後，又使用了一種掃深度搜尋也是回溯描的方法，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。另外為了讓迷宮產生的隨機，掃描的起始位置是隨機的就可以了。但是，該方法產生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。畢竟是類似廣度搜尋的方法。而且，這樣做總還像是靠蠻力，演算法不夠聰明簡潔。

　　最後，我終於想到使用深度搜尋。。大概是因為資料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。。

　　隨機播放一個格子作為根節點，從它開始隨機地深度搜尋前進，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……如此迴圈往複，直到完全無路可走。。。其實也還是回溯。

　　在程式裡就是以下過程（詳見代碼中的createMaze()函數）：

　　　　隨機播放一個格子作為根節點，將它壓進棧裡。

　　　　然後在棧不為空白的時候執行以下迴圈：

　　　　　　取出一個格子，將它的INTREE標誌設定為1，然後將它的所有不在樹中的鄰居格子壓進棧裡（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，其餘的畫迷宮、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);  }}