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Python如何實現迷宮生成器

王林
發布： 2023-06-02 18:03:44
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先來展示效果圖：

Python如何實現迷宮生成器

我們先分析所需的函式庫：

既然是生成器，每次產生的迷宮一模一樣顯然是說不過去的。因此，我們不可避免地要使用隨機數（Random庫）。迷宮一定是要繪製的，所以需要有GUI庫或繪圖庫，這裡我使用Pygame（Tkinter或Turtle其實都可以做到，但畢竟Pygame比較順手）。在使用Pygame時似乎也需要Sys（用於退出程序），不過即使沒有使用，也不會有太大影響。下面是對原句的重寫： 接下來我們有Tkinter.filedialog，它主要用於詢問迷宮生成後的保存路徑。畢竟，生成好的迷宮需要保存下來。當然，用Time加上計時器似乎是錦上添花。

於是，就有：

#coding:utf-8
import contextlib
with contextlib.redirect_stdout(None):
    import pygame
import random
import sys
import time
from tkinter.filedialog import *
登入後複製

這裡要說明的是，由於導入Pygame時會輸出版本資訊等很多內容（這很影響美感），我們需要使用Contextlib阻止它輸出。

接下來，我們需要問一些參數：

a=int(input("列数："))
b=int(input("行数："))
l=int(input("大小："))
saveit=input("是否保存：")
登入後複製

然後，就要執行生成迷宮的程式了。同時，我們有必要計錄時間（相當於開啟計時器）：

print("生成中...")
e = time.time()
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然後就是正式生成迷宮。在介紹這部分程式碼之前，我們需要先了解演算法：

第一步，產生一個由迷宮單元（白格）和牆（黑格）組成的網格。迷宮單元數量在行中的數目等於迷宮的列數，而在列中的數目則等於迷宮的行數。讓左上角的迷宮單元作為起點，右下角的迷宮單元作為終點，並且拆除起點左側和終點右側的牆壁，如圖所示：

Python如何實現迷宮生成器

##第二步，參觀各迷宮單元。將起點標記為當前迷宮單元，當存在未被訪問的迷宮單元（凡是曾經成為過當前迷宮單元的迷宮單元，都視為已訪問）時，重複執行：

  • 將周圍的未被訪問的迷宮單元加入表格；

  •  如果表格中有迷宮單元：

    • 將當前迷宮單元入棧（可以理解為將其加入一個稱為堆疊的表格）；

    • 從表格中隨機選擇一個迷宮單元；

    • 打破目前迷宮單元與所選的迷宮單元之間的牆；

    • 將所選的迷宮單元標記為目前迷宮單元；

  • 如果表格中沒有迷宮單元：

    • 堆疊頂迷宮單元出棧（可以理解為將堆疊中的最後一個元素取得並刪除）;

    • 將出棧的迷宮單元設為目前迷宮單元；

#在迴圈結束以後，就會出現像文章開頭效果圖一樣的結果。

接下來，我們就要將文字化的演算法轉換為Python的程式碼。

首先，程式是不認識圖片的，它認識的是資料。為了用一串資料表示目前的影像，我們需要建立一個二維列表。當然，我們可以順便將第一步的設定一起完成：

alist = []
aa=0
need=[]
for j in range(2*a+1):
    if aa==0:
        aa = 1
        alistone = []
        for i in range(2*b+1):
            alistone.append(1)
        alist.append(alistone)
    else:
        aa=0
        alistone = []
        bb=0
        for i in range(2*b+1):
            if bb==0:
                bb=1
                alistone.append(1)
            else:
                bb = 0
                need.append((j,i))
                alistone.append(0)
        alist.append(alistone)
alist[0][1]=0
alist[-1][-2]=0
登入後複製

我們不僅建立了一個儲存了所有迷宮單元的清單need，而且還可以看到。它的作用就是判斷迷宮單元是否被訪問，每次訪問都會將迷宮單元從表格中刪除，當表格中沒有迷宮單元時，就說明所有迷宮單元都被訪問了。 

x=1
y=1
need.remove((1, 1))
listing=[]
while len(need)>0:
    aroundit=[]
    try:
        if x-2<0:
            print(1+"1")
        alist[x-2][y]=0
        if (x-2,y) in need:
            aroundit.append("alist[x-1][y],x=(0,x-2)")
    except:
        while False:
            print()
    try:
        alist[x+2][y]=0
        if (x+2,y) in need:
            aroundit.append("alist[x+1][y],x=(0,x+2)")
    except:
        while False:
            print()
    try:
        alist[x][y+2]=0
        if (x,y+2) in need:
            aroundit.append("alist[x][y+1],y=(0,y+2)")
    except:
        while False:
            print()
    try:
        if y-2<0:
            print(1+"1")
        alist[x][y-2]=0
        if (x,y-2) in need:
            aroundit.append("alist[x][y-1],y=(0,y-2)")
    except:
        while False:
            print()
    if len(aroundit)>0:
        listing.append((x,y))
        exec(random.choice(aroundit))
        need.remove((x, y))
    else:
        x,y=listing[-1]
        listing.pop()
登入後複製

而這些內容，就是第二步。其演算法我已經解釋過，唯一一個微小的不同是，在此處我們並沒有在列表中加入相鄰迷宮單元的座標，而是將其對應的破牆和標記為當前迷宮單元的代碼以字符串的形式儲存在表格中，並在隨機選擇某個迷宮單元所對應的字串後，使用exec將其轉換為程式碼並運行（這可以節省一些程式碼）。 

print("完成！用时{}秒".format(time.time()-e))
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列印完生成迷宮的用時後，我們需要將表格中的資料轉換成影像了。當然，在此之前，我們要先確定圖片保存的位置。 

if saveit=="1":
    ccc = askdirectory()
    h=""
    bbbbb=1
    while True:
        try:
            open("{}/{}×{}迷宫{}.png".format(ccc,a,b,h),"r")
            h="({})".format(bbbbb)
        except:
            break
        bbbbb+=1
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在進行選擇之前需要先確定您是要儲存還是不儲存圖片，因為有可能會選擇不儲存。這裡字元「1」表示儲存（輸入其他，自然就是不儲存了）。接下來，您需要選擇儲存路徑 (使用askdirectory()方法選擇檔案路徑，無需選擇檔案名稱)。接下來，我們需要確認檔案名稱為「a×b迷宮.png」。如果該路徑下已存在該檔案名，則需要在檔案名稱後面加上序號。總而言之，透過這串程式碼，我們已經將迷宮的路徑 檔案名稱確定了。 

pygame.init()
icon=pygame.image.load("迷宫.png")
pygame.display.set_icon(icon)
screen=pygame.display.Info()
screen = pygame.display.set_mode((l*(2*a+1),l*(2*b+1)))
pygame.display.set_caption(&#39;迷宫&#39;)
screen.fill("white")
c = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
c.fill(color=&#39;white&#39;)
d = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
d.fill(color=&#39;black&#39;)
for i in range(2*a+1):
    for j in range(2*b+1):
        if alist[i][j]==0:
            screen.blit(c, (i*l, j*l))
        elif alist[i][j]==1:
            screen.blit(d, (i*l, j*l))
pygame.display.flip()
if saveit=="1":
    pygame.image.save(screen, "{}/{}×{}迷宫{}.png".format(ccc, a, b, h))
while True:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            pygame.quit()
            sys.exit()
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程式碼中使用的圖片「迷宮.png」（名稱不太對，下載以後要重新命名）：

Python如何實現迷宮生成器

这里主要是Pygame的基本设置，并将表格内容图像化。方格中每个数字代表一个方块，数字的大小则决定了方块的颜色，数值在表格中的位置决定了方块放置的位置。就这样，我们呢将表格完全转化成了图像。当然，我们还需要使用pygame.image.save()函数将图像另存为图片文件。

这样，这个生成器似乎完成了。

它运行良好，但当迷宫比较复杂时，暴露出一个问题（下图是100×100的迷宫）：

Python如何實現迷宮生成器

由于正确路径过于曲折，在复杂度较高时，这个迷宫的难度会变得极高！

难度高，在某方面上讲，的确是好事。如果你自己无法找到正确的路线，那么当你展示这个迷宫给朋友看时，感觉会很失落吧？

因此，一个寻路算法变得非常有必要。

寻路算法的大体思路：

在生成的迷宫中，白格为路，黑格为墙。将起点设置为当前位置，重复执行直到终点成为当前位置：

  • 将当前位置标记为正确路径；

  • 将周围未标记的路加入一个表格；

  • 如果表格不空：

    • 将当前位置入栈；

    • 从表格中随机选择一条路，并将其设为当前位置；

  • 如果表格是空的：

    • 栈顶的路出栈；

    • 将其设为当前位置；

通过这个算法，我们可以试出正确的路径（如图）：

Python如何實現迷宮生成器

代码的实现：

x2=0
y2=1
listing2=[]
while not(alist[-1][-2]==2):
    alist[x2][y2]=3
    around2=[]
    try:
        if x2-1<0:
            print(1+"1")
        if alist[x2-1][y2]==0:
            around2.append("x2=x2-1")
    except:
        while False:
            print()
    try:
        if alist[x2+1][y2]==0:
            around2.append("x2=x2+1")
    except:
        while False:
            print()
    try:
        if alist[x2][y2+1]==0:
            around2.append("y2=y2+1")
    except:
        while False:
            print()
    try:
        if y2-1<0:
            print(1+"1")
        if alist[x2][y2-1]==0:
            around2.append("y2=y2-1")
    except:
        while False:
            print()
    if len(around2)>0:
        listing2.append((x2,y2))
        exec(random.choice(around2))
    else:
        alist[x2][y2]=2
        x2,y2=listing2[-1]
        listing2.pop()
alist[-1][-2]=3
for i in range(len(alist)):
    for j in range(len(alist[0])):
        if alist[i][j]==2:
            alist[i][j]=0
登入後複製

同时，图像绘制的过程也要作出一些改动，以显示正确路径：

if saveit=="1":
    ccc = askdirectory()
    h=""
    bbbbb=1
    while True:
        try:
            open("{}/{}×{}迷宫{}.png".format(ccc,a,b,h),"r")
            open("{}/{}×{}迷宫（正确线路）{}.png".format(ccc,a,b,h),"r")
            h="({})".format(bbbbb)
        except:
            break
        bbbbb+=1
pygame.init()
icon=pygame.image.load("迷宫.png")
pygame.display.set_icon(icon)
screen=pygame.display.Info()
screen = pygame.display.set_mode((l*(2*a+1),l*(2*b+1)))
pygame.display.set_caption(&#39;迷宫&#39;)
screen.fill("white")
if saveit=="1":
    c = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
    c.fill(color=&#39;white&#39;)
    d = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
    d.fill(color=&#39;black&#39;)
    f = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
    f.fill(color=&#39;white&#39;)
    for i in range(2 * a + 1):
        for j in range(2 * b + 1):
            if alist[i][j] == 0:
                screen.blit(c, (i * l, j * l))
            elif alist[i][j] == 1:
                screen.blit(d, (i * l, j * l))
            else:
                screen.blit(f, (i * l, j * l))
    pygame.image.save(screen, "{}/{}×{}迷宫{}.png".format(ccc, a, b, h))
    c = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
    c.fill(color=&#39;white&#39;)
    d = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
    d.fill(color=&#39;black&#39;)
    f = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
    f.fill(color=&#39;red&#39;)
    for i in range(2 * a + 1):
        for j in range(2 * b + 1):
            if alist[i][j] == 0:
                screen.blit(c, (i * l, j * l))
            elif alist[i][j] == 1:
                screen.blit(d, (i * l, j * l))
            else:
                screen.blit(f, (i * l, j * l))
    pygame.image.save(screen, "{}/{}×{}迷宫（正确线路）{}.png".format(ccc, a, b, h))
c = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
c.fill(color=&#39;white&#39;)
d = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
d.fill(color=&#39;black&#39;)
f = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
f.fill(color=&#39;white&#39;)
for i in range(2*a+1):
    for j in range(2*b+1):
        if alist[i][j]==0:
            screen.blit(c, (i*l, j*l))
        elif alist[i][j]==1:
            screen.blit(d, (i*l, j*l))
        else:
            screen.blit(f,(i*l, j*l))
pygame.display.flip()
aaaaaaa = 0
while True:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            pygame.quit()
            sys.exit()
        if event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN:
            if aaaaaaa == 1:
                aaaaaaa = 0
                c = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
                c.fill(color=&#39;white&#39;)
                d = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
                d.fill(color=&#39;black&#39;)
                f = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
                f.fill(color=&#39;white&#39;)
                for i in range(2 * a + 1):
                    for j in range(2 * b + 1):
                        if alist[i][j] == 0:
                            screen.blit(c, (i * l, j * l))
                        elif alist[i][j] == 1:
                            screen.blit(d, (i * l, j * l))
                        else:
                            screen.blit(f, (i * l, j * l))
                pygame.display.flip()
            else:
                aaaaaaa = 1
                c = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
                c.fill(color=&#39;white&#39;)
                d = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
                d.fill(color=&#39;black&#39;)
                f = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
                f.fill(color=&#39;red&#39;)
                for i in range(2 * a + 1):
                    for j in range(2 * b + 1):
                        if alist[i][j] == 0:
                            screen.blit(c, (i * l, j * l))
                        elif alist[i][j] == 1:
                            screen.blit(d, (i * l, j * l))
                        else:
                            screen.blit(f, (i * l, j * l))
                pygame.display.flip()
登入後複製

通过这些改动，显示正确路径的效果就实现了。当生成迷宫完成后，窗口显示的是没有正确路径的迷宫。但是，当单击窗口时，正确的路径便会显示出来，再次单击即可隐藏。

刚刚那张100×100的迷宫，其正确路径是：

Python如何實現迷宮生成器

完整的代码：

#coding:utf-8
import contextlib
with contextlib.redirect_stdout(None):
    import pygame
import random
import sys
import time
from tkinter.filedialog import *
a=int(input("列数："))
b=int(input("行数："))
l=int(input("大小："))
saveit=input("是否保存：")
print("生成中...")
e = time.time()
alist = []
aa=0
need=[]
for j in range(2*a+1):
    if aa==0:
        aa = 1
        alistone = []
        for i in range(2*b+1):
            alistone.append(1)
        alist.append(alistone)
    else:
        aa=0
        alistone = []
        bb=0
        for i in range(2*b+1):
            if bb==0:
                bb=1
                alistone.append(1)
            else:
                bb = 0
                need.append((j,i))
                alistone.append(0)
        alist.append(alistone)
alist[0][1]=0
alist[-1][-2]=0
x=1
y=1
need.remove((1, 1))
listing=[]
while len(need)>0:
    aroundit=[]
    try:
        if x-2<0:
            print(1+"1")
        alist[x-2][y]=0
        if (x-2,y) in need:
            aroundit.append("alist[x-1][y],x=(0,x-2)")
    except:
        while False:
            print()
    try:
        alist[x+2][y]=0
        if (x+2,y) in need:
            aroundit.append("alist[x+1][y],x=(0,x+2)")
    except:
        while False:
            print()
    try:
        alist[x][y+2]=0
        if (x,y+2) in need:
            aroundit.append("alist[x][y+1],y=(0,y+2)")
    except:
        while False:
            print()
    try:
        if y-2<0:
            print(1+"1")
        alist[x][y-2]=0
        if (x,y-2) in need:
            aroundit.append("alist[x][y-1],y=(0,y-2)")
    except:
        while False:
            print()
    if len(aroundit)>0:
        listing.append((x,y))
        exec(random.choice(aroundit))
        need.remove((x, y))
    else:
        x,y=listing[-1]
        listing.pop()
x2=0
y2=1
listing2=[]
while not(alist[-1][-2]==2):
    alist[x2][y2]=3
    around2=[]
    try:
        if x2-1<0:
            print(1+"1")

        if alist[x2-1][y2]==0:
            around2.append("x2=x2-1")
    except:
        while False:
            print()
    try:

        if alist[x2+1][y2]==0:
            around2.append("x2=x2+1")
    except:
        while False:
            print()
    try:

        if alist[x2][y2+1]==0:
            around2.append("y2=y2+1")
    except:
        while False:
            print()
    try:
        if y2-1<0:
            print(1+"1")
        if alist[x2][y2-1]==0:
            around2.append("y2=y2-1")
    except:
        while False:
            print()
    if len(around2)>0:
        listing2.append((x2,y2))
        exec(random.choice(around2))
    else:
        alist[x2][y2]=2
        x2,y2=listing2[-1]
        listing2.pop()
alist[-1][-2]=3
for i in range(len(alist)):
    for j in range(len(alist[0])):
        if alist[i][j]==2:
            alist[i][j]=0
print("完成！用时{}秒".format(time.time()-e))
if saveit=="1":
    ccc = askdirectory()
    h=""
    bbbbb=1
    while True:
        try:
            open("{}/{}×{}迷宫{}.png".format(ccc,a,b,h),"r")
            open("{}/{}×{}迷宫（正确线路）{}.png".format(ccc,a,b,h),"r")
            h="({})".format(bbbbb)
        except:
            break
        bbbbb+=1
pygame.init()
icon=pygame.image.load("迷宫.png")
pygame.display.set_icon(icon)
screen=pygame.display.Info()
screen = pygame.display.set_mode((l*(2*a+1),l*(2*b+1)))
pygame.display.set_caption(&#39;迷宫&#39;)
screen.fill("white")
if saveit=="1":
    c = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
    c.fill(color=&#39;white&#39;)
    d = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
    d.fill(color=&#39;black&#39;)
    f = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
    f.fill(color=&#39;white&#39;)
    for i in range(2 * a + 1):
        for j in range(2 * b + 1):
            if alist[i][j] == 0:
                screen.blit(c, (i * l, j * l))
            elif alist[i][j] == 1:
                screen.blit(d, (i * l, j * l))
            else:
                screen.blit(f, (i * l, j * l))
    pygame.image.save(screen, "{}/{}×{}迷宫{}.png".format(ccc, a, b, h))
    c = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
    c.fill(color=&#39;white&#39;)
    d = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
    d.fill(color=&#39;black&#39;)
    f = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
    f.fill(color=&#39;red&#39;)
    for i in range(2 * a + 1):
        for j in range(2 * b + 1):
            if alist[i][j] == 0:
                screen.blit(c, (i * l, j * l))
            elif alist[i][j] == 1:
                screen.blit(d, (i * l, j * l))
            else:
                screen.blit(f, (i * l, j * l))
    pygame.image.save(screen, "{}/{}×{}迷宫（正确线路）{}.png".format(ccc, a, b, h))
c = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
c.fill(color=&#39;white&#39;)
d = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
d.fill(color=&#39;black&#39;)
f = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
f.fill(color=&#39;white&#39;)
for i in range(2*a+1):
    for j in range(2*b+1):
        if alist[i][j]==0:
            screen.blit(c, (i*l, j*l))
        elif alist[i][j]==1:
            screen.blit(d, (i*l, j*l))
        else:
            screen.blit(f,(i*l, j*l))
pygame.display.flip()
aaaaaaa = 0
while True:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            pygame.quit()
            sys.exit()
        if event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN:
            if aaaaaaa == 1:
                aaaaaaa = 0
                c = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
                c.fill(color=&#39;white&#39;)
                d = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
                d.fill(color=&#39;black&#39;)
                f = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
                f.fill(color=&#39;white&#39;)
                for i in range(2 * a + 1):
                    for j in range(2 * b + 1):
                        if alist[i][j] == 0:
                            screen.blit(c, (i * l, j * l))
                        elif alist[i][j] == 1:
                            screen.blit(d, (i * l, j * l))
                        else:
                            screen.blit(f, (i * l, j * l))
                pygame.display.flip()
            else:
                aaaaaaa = 1
                c = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
                c.fill(color=&#39;white&#39;)
                d = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
                d.fill(color=&#39;black&#39;)
                f = pygame.Surface((l, l), flags=pygame.HWSURFACE)
                f.fill(color=&#39;red&#39;)
                for i in range(2 * a + 1):
                    for j in range(2 * b + 1):
                        if alist[i][j] == 0:
                            screen.blit(c, (i * l, j * l))
                        elif alist[i][j] == 1:
                            screen.blit(d, (i * l, j * l))
                        else:
                            screen.blit(f, (i * l, j * l))
                pygame.display.flip()
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