Java實(shí)現的迷宮游戲

目錄

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軟件總體框架

該軟件主要分為如下三個(gè)模塊：

1. 參數設置模塊
2. 按鈕功能模塊按鈕功能模塊
3. 迷宮主界面模塊迷宮主界面模塊
   

軟件各模塊介紹

參數設置模塊

1.迷宮大小相關(guān)參數：

• ROWS（即迷宮行數，默認設置為奇數，最小值為11，最大值為99，默認值為11）；
• COLS（即迷宮列數，默認設置為奇數，最小值為11，最大值為99，默認值為11）；
• Lattice's width（即組成迷宮的格子的寬度，迷宮格子默認設置為正方形，指定了迷宮格子的寬度相當于指定了迷宮格子的大小，默認設置為自然數，最小值為5，最大值為30，默認值為15）。
  

這些參數設置的顯示圖下圖所示：

2.迷宮創(chuàng )建算法相關(guān)參數 本游戲中創(chuàng )建一個(gè)迷宮的算法有三種：

• Depth First Search Algorithm（深度優(yōu)先搜索算法）
• Randomized Prim's Algorithm（隨機普利姆算法）
• Recursive Division Algorithm（遞歸分割算法）。 用戶(hù)需在同時(shí)也只能在這三種迷宮創(chuàng )建算法中任意選擇一種，默認選擇的迷宮創(chuàng )建算法為Depth First Search Algorithm（深度優(yōu)先搜索算法）。迷宮創(chuàng )建算法相關(guān)參數的顯示圖如下圖所示：

3.迷宮尋路算法相關(guān)參數 本游戲中走出一個(gè)迷宮的迷宮尋路算法有兩種：

• Depth First Search Algorithm（深度優(yōu)先搜索算法）
• Breadth First Search Algorithm（廣度優(yōu)先搜索算法）。 用戶(hù)需在同時(shí)也只能在這兩種迷宮創(chuàng )建算法中任意選擇一種，默認選擇的迷宮創(chuàng )建算法為Depth First Search Algorithm（深度優(yōu)先搜索算法）。迷宮尋路算法相關(guān)參數的顯示圖如下圖所示：

4.整個(gè)參數設置模塊的顯示圖如下圖所示：

按鈕功能模塊

本游戲中，按進(jìn)行游戲的主體不同共設計兩個(gè)游戲狀態(tài)：

• 用戶(hù)進(jìn)行游戲的狀態(tài)
• 計算機進(jìn)行游戲的狀態(tài)

本游戲軟件剛剛運行時(shí)刻，按鈕功能模塊的顯示圖如下圖所示：

該模塊涉及到的游戲功能按鈕及相關(guān)的適用狀態(tài)有以下六種：

1. Restart按鈕：即重新開(kāi)始游戲按鈕，在用戶(hù)進(jìn)行游戲的狀態(tài)和計算機進(jìn)行游戲的狀態(tài)兩種狀態(tài)下均可使用。點(diǎn)擊該按鈕，當前所有正在進(jìn)行的游戲行為都立刻被終止，程序使用參數設置模塊的相關(guān)參數——用戶(hù)選中的迷宮創(chuàng )建算法按照用戶(hù)選擇的迷宮行列數創(chuàng )建一個(gè)新的迷宮，并以用戶(hù)選擇的格子寬度顯示在游戲界面上。
2. Pause/Continue按鈕：即暫停/繼續按鈕，只能在用戶(hù)進(jìn)行游戲的狀態(tài)下才能使用。在用戶(hù)進(jìn)行游戲的狀態(tài)下，點(diǎn)擊Pause按鈕，當前迷宮游戲被暫停，游戲計時(shí)器、游戲計步器被停止，按鈕上的Pause文字被立刻替換成Continue文字；當用戶(hù)點(diǎn)擊Continue按鈕時(shí)，被暫停的迷宮游戲可以繼續進(jìn)行，游戲計時(shí)器、游戲計步器也在被停止的地方再次開(kāi)始，按鈕上的Continue文字被立刻替換成Pause文字。
3. Prompt按鈕：即提示按鈕，只能在用戶(hù)進(jìn)行游戲的狀態(tài)下才能使用。在用戶(hù)進(jìn)行游戲的狀態(tài)下，Prompt按鈕的主要提示功能是在迷宮主界面上會(huì )顯示出一條綠色的由用戶(hù)當前的游戲位置到迷宮出口處的路徑，進(jìn)而對用戶(hù)走出迷宮的路徑進(jìn)行提示。在用戶(hù)點(diǎn)擊Prompt按鈕時(shí)，會(huì )跳出一個(gè)對話(huà)框要求用戶(hù)指定提示路徑的顯示時(shí)間，用戶(hù)可選擇的顯示時(shí)間有：1s、3s、5s、10s、forever。
4. Play do按鈕：即指定游戲轉換為用戶(hù)進(jìn)行游戲狀態(tài)的按鈕，只能在計算機進(jìn)行游戲的狀態(tài)下才能使用。在用戶(hù)進(jìn)行游戲的狀態(tài)下，點(diǎn)擊Play do按鈕，當前計算機進(jìn)行的游戲行為被立刻終止，游戲狀態(tài)切換到用戶(hù)進(jìn)行游戲的狀態(tài)，將進(jìn)行游戲的控制權由計算機轉交給用戶(hù)。
5. Computer do按鈕：即指定游戲轉換為計算機進(jìn)行游戲狀態(tài)的按鈕，只能在用戶(hù)進(jìn)行游戲的狀態(tài)下才能使用。在用戶(hù)進(jìn)行游戲的狀態(tài)下，點(diǎn)擊Computer do按鈕，會(huì )跳出一個(gè)對話(huà)框要求用戶(hù)指定計算機進(jìn)行游戲時(shí)每走一步的所用速度，用戶(hù)可選擇的速度有：lower seed 、low speed、 medium speed、 high speed、 higher speed。用戶(hù)選擇后，當前用戶(hù)進(jìn)行的游戲行為被立刻終止，游戲狀態(tài)切換到計算機進(jìn)行游戲的狀態(tài)，將進(jìn)行游戲的控制權由用戶(hù)轉交給計算機。在計算機取得游戲控制權后，程序將使用參數設置模塊中用戶(hù)選中的迷宮尋路算法計算出從游戲入口到游戲出口的路徑，并按用戶(hù)進(jìn)行游戲的形式按用戶(hù)選擇的進(jìn)行游戲時(shí)每走一步的所用時(shí)間將從入口到出口的行走路徑演示一遍。
6. 聲音設置按鈕：即指定是否開(kāi)啟背景音樂(lè )的按鈕，在用戶(hù)進(jìn)行游戲的狀態(tài)和計算機進(jìn)行游戲的狀態(tài)兩種狀態(tài)下均可使用。

迷宮主界面模塊

本游戲軟件剛剛運行時(shí)刻，迷宮主界面模塊的顯示圖如下圖所示：

整個(gè)迷宮使用大量的方格（正方形）進(jìn)行顯示，其中，可行走的路徑用白色方格顯示，不可行走的路徑即障礙物用黑色方格表示，出口用紅色方格表示，用戶(hù)用于行走的標識用綠色小球（圓形）表示。用戶(hù)通過(guò)鍵盤(pán)上上下左右的方向鍵操縱小球在迷宮主界面上運動(dòng)。

參數設計模塊中的ROWS（即迷宮行數）、COLS（即迷宮列數）在迷宮主界面的表示分別指的是迷宮主界面中每行、每列方格的數量，參數設計模塊中的Lattice's width（即組成迷宮的格子的寬度）在迷宮主界面的表示是迷宮主界面中每個(gè)方格的寬。此外，在迷宮主界面模塊的正上方，存在統計用戶(hù)進(jìn)行游戲的當前時(shí)刻的所用時(shí)間和所走步數的計時(shí)器和計步器。

迷宮整體界面

軟件設計方案

軟件相關(guān)原理說(shuō)明

要設計一款迷宮的游戲軟件，其中最主要也是必須要解決的兩大主要問(wèn)題就是如何去生成一個(gè)隨機的迷宮以及如何在一個(gè)隨機生成的迷宮中找到從迷宮入口到迷宮出口的路徑。在圖論中，這兩個(gè)問(wèn)題的表示就是：

1. 如何隨機生成一個(gè)無(wú)權連通圖
2. 如何在一個(gè)找到一個(gè)無(wú)權連通圖中任意兩點(diǎn)間的路徑
   

關(guān)于這兩個(gè)問(wèn)題的解決，目前存在許多算法，本款軟件采取并實(shí)現了目前應用最為廣泛的三大隨機無(wú)權連通圖生成算法：

• Depth First Search Algorithm（深度優(yōu)先搜索算法）
• Randomized Prim's Algorithm（隨機普利姆算法）
• Recursive Division Algorithm（遞歸分割算法）

以及兩大無(wú)權連通圖遍歷算法：

• Depth First Search Algorithm（深度優(yōu)先搜索算法）
• Breadth First Search Algorithm（廣度優(yōu)先搜索算法）
  

迷宮生成算法

在對迷宮生成算法進(jìn)行具體闡述之前，有兩個(gè)概念首先要明確定義一下：迷宮單元和墻。迷宮單元可以映射到無(wú)權連通圖中的點(diǎn)，而墻壁則可以映射到無(wú)權連通圖中兩點(diǎn)之間的邊。如果墻壁是打通的，則記為無(wú)權連通圖中的墻壁兩側的點(diǎn)間有邊；如果墻壁是沒(méi)有打通的，則記為無(wú)權連通圖中的墻壁兩側的點(diǎn)間沒(méi)有邊。要生成一個(gè)隨機的迷宮，就需要做到迷宮中任意兩個(gè)迷宮單元之間都有一條路徑。

我們用二維數組表示一個(gè)迷宮，每個(gè)迷宮單元表示為一個(gè)二維數組元素，由于生成算法的限制，迷宮的行數和列數均需設置為奇數，在了解了相關(guān)算法原理后，就能明白其中原因。在下列迷宮生成算法執行之前，假設位于奇數行奇數列的點(diǎn)為迷宮單元，位于偶數行或者偶數列的點(diǎn)為墻壁，且所有的點(diǎn)均初始化為未訪(fǎng)問(wèn)狀態(tài)、不可通過(guò)狀態(tài)。

Depth First Search Algorithm（深度優(yōu)先搜索算法）

算法描述

將起點(diǎn)作為當前迷宮單元并標記為已訪(fǎng)問(wèn)

當還存在未標記的迷宮單元，進(jìn)行循環(huán)

如果當前迷宮單元有未被訪(fǎng)問(wèn)過(guò)的的相鄰的迷宮單元

隨機選擇一個(gè)未訪(fǎng)問(wèn)的相鄰迷宮單元
將當前迷宮單元入棧
移除當前迷宮單元與相鄰迷宮單元的墻
標記相鄰迷宮單元并用它作為當前迷宮單元

如果當前迷宮單元不存在未訪(fǎng)問(wèn)的相鄰迷宮單元，并且棧不空

棧頂的迷宮單元出棧

令其成為當前迷宮單元

生成的迷宮特點(diǎn)

一般來(lái)說(shuō)，Depth First Search Algorithm生成的迷宮極度扭曲，有著(zhù)一條明顯的主路。生成的51行51列迷宮如下圖所示：

Randomized Prim's Algorithm（隨機普利姆算法）

算法描述

讓迷宮全是墻.

隨機選一個(gè)單元格作為迷宮的通路，然后把它的鄰墻放入列表

當列表里還有墻時(shí)

從列表里隨機選一個(gè)墻，如果這面墻分隔的兩個(gè)單元格只有一個(gè)單元格被訪(fǎng)問(wèn)過(guò)

那就從列表里移除這面墻，即把墻打通，讓未訪(fǎng)問(wèn)的單元格成為迷宮的通路
把這個(gè)格子的墻加入列表

如果墻兩面的單元格都已經(jīng)被訪(fǎng)問(wèn)過(guò)，那就從列表里移除這面墻

生成的迷宮特點(diǎn)

相對于深度優(yōu)先的算法，Randomized Prim's Algorithm不是優(yōu)先選擇最近選中的單元格，而是隨機的從所有的列表中的單元格進(jìn)行選擇，新加入的單元格和舊加入的單元格同樣概率會(huì )被選擇，新加入的單元格沒(méi)有優(yōu)先權。因此其分支更多，生成的迷宮更復雜，岔路更多，難度更大，也更自然。生成的51行51列迷宮如下圖所示：

Recursive Division Algorithm（遞歸分割算法）

算法描述

1. 讓迷宮全是迷宮單元
2. 隨機選擇一偶數行和一偶數列讓其全部變?yōu)閴?，通過(guò)這兩堵墻將整個(gè)迷宮分為四個(gè)子迷宮
3. 在3面墻上各挖一個(gè)洞（為了確保連通）
4. 如果子迷宮仍可分割成四個(gè)子迷宮，返回1. 繼續分割子迷宮
   

生成的迷宮特點(diǎn)
Recursive Division Algorithm十分高效，生成的迷宮較為簡(jiǎn)單，有點(diǎn)像四叉樹(shù)，直路多且不扭曲。生成的51行51列迷宮如下圖所示：

迷宮尋路算法

由于迷宮相當于連通圖，所以通過(guò)使用圖論算法中由任意一點(diǎn)出發(fā)遍歷整個(gè)連通圖的其他所有頂點(diǎn)的遍歷算法即可找到一條從迷宮入口到迷宮出口的路徑，本游戲軟件使用的是目前應用最為廣泛的Depth First Search Algorithm（深度優(yōu)先搜索算法）和Breadth First Search Algorithm（廣度優(yōu)先搜索算法）。注意，此時(shí)迷宮中所有可行走的點(diǎn)均視為迷宮單元，所有不可行走的點(diǎn)均視為墻壁。

Depth First Search Algorithm（深度優(yōu)先搜索算法）

算法描述

1. 訪(fǎng)問(wèn)入口頂點(diǎn)v，并以此頂點(diǎn)為當前頂點(diǎn)
2. 將當前頂點(diǎn)的未被訪(fǎng)問(wèn)的鄰接點(diǎn)壓入棧中
3. 彈棧，將彈出的頂點(diǎn)作為當前頂點(diǎn)
4. 若當前頂點(diǎn)沒(méi)有未被訪(fǎng)問(wèn)的鄰接點(diǎn)且棧不空，重復第3步，否則，重復第2步
5. 重復第3、4步，直至搜索到出口頂點(diǎn)
   

生成的路徑特點(diǎn)：
Depth First Search Algorithm 在由Recursive Division Algorithm生成的51行51列迷宮中生成的路徑如下圖所示：

Breadth First Search Algorithm（廣度優(yōu)先搜索算法）

算法描述

1. 訪(fǎng)問(wèn)入口頂點(diǎn)v，并以此頂點(diǎn)為當前頂點(diǎn)
2. 將當前頂點(diǎn)的未被訪(fǎng)問(wèn)的鄰接點(diǎn)逐個(gè)放入隊列中
3. 隊首頂點(diǎn)出隊，并作為當前頂點(diǎn)
4. 若當前頂點(diǎn)沒(méi)有未被訪(fǎng)問(wèn)的鄰接點(diǎn)且隊列不空，重復第3步，否則重復第2步
5. 重復第3、4步，直至搜索到出口頂點(diǎn)
   

生成的路徑特點(diǎn)：
Breadth First Search Algorithm 在由Recursive Division Algorithm生成的51行51列迷宮中生成的路徑如下圖所示：

以上就是Java實(shí)現的迷宮游戲的詳細內容，更多關(guān)于Java 迷宮游戲的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！