【p5.js】深さ優先探索で迷路の最短経路を求める

探索していない通路を「-1」として表現して
スタートからゴールに到達するまで深さ優先探索で迷路を探索し、
探索した通路はスタートからの距離に数値を置き換える。

let maze1;

function setup() {
  maze1 = new Maze(15, 15);
  maze1.set_maze_boutaoshi();
  maze1.set_start_goal([9,5], [7,11]);
  maze1.set_dist_dfs();
  maze1.set_shortest_path();
  maze1.print_maze();
}

class Maze {
  constructor(width, height, seed=0) {
    this.PATH = 0;
    this.WALL = 1;
    this.width = width;
    this.height = height;
    if (this.width < 5 || this.height < 5) {
      return;
    }
    if (this.width%2 == 0) {
      this.width++;
    }
    if (this.height%2 == 0) {
      this.height++;
    }
    this.maze = Array.from(new Array(this.height), () => new Array(this.width).fill(this.PATH));
    this.dist = Array.from(new Array(this.height), () => new Array(this.width).fill(-1));
    this.start = [1, 1];
    this.goal = [this.width-2, this.height-2];
    randomSeed(seed);
  }

  set_outer_wall() {
    for (let y = 0; y < this.height; ++y) {
      for (let x = 0; x < this.width; ++x) {
        if (x == 0 || y == 0 || x == this.width-1 || y == this.height-1) {
          this.maze[y][x] = this.WALL;
        }
      }
    }
    return this.maze;
  }
  
  set_inner_wall() {
    for (let y = 2; y < this.height-1; y+=2) {
      for (let x = 2; x < this.width-1; x+=2) {
        this.maze[y][x] = this.WALL;
      }
    }
    return this.maze;
  }
  
  set_maze_boutaoshi() {
    let wall_x;
    let wall_y;
    let direction;
    this.set_outer_wall();
  this.set_inner_wall();
  for (let y = 2; y < this.height-1; y+=2) {
      for (let x = 2; x < this.width-1; x+=2) {
        while (true) {
          wall_x = x;
          wall_y = y;
          if (y == 2) {
            direction = floor(random(4));
          } else {
            direction = floor(random(3));
          }
          if (direction == 0) {
            wall_x += 1;
          } else if (direction == 1) {
            wall_y += 1;
          } else if (direction == 2) {
            wall_x -= 1;
          } else if (direction == 3) {
            wall_y -= 1;
          }
          if (this.maze[wall_y][wall_x] != this.WALL) {
            this.maze[wall_y][wall_x] = this.WALL;
            break;
          }
        }
      }
    }
    return this.maze;
  }
  
  set_start_goal(start, goal) {
    if (this.maze[start[1]][start[0]] == this.PATH) {
      this.start = start;
    }
    if (this.maze[goal[1]][goal[0]] == this.PATH) {
      this.goal = goal;
    }
    return this.maze;
  }

  set_dist_dfs(flag=false) {
    let stack = [];
    this.dist[this.start[1]][this.start[0]] = 0;
    stack.push(this.start);
    while (stack.length > 0) {
      let point = stack.pop();
      for (let x of [[0,-1],[1,0],[0,1],[-1,0]]) {
        if (this.maze[point[1]+x[1]][point[0]+x[0]] == 0 && this.dist[point[1]+x[1]][point[0]+x[0]] == -1) {
          this.dist[point[1]+x[1]][point[0]+x[0]] = this.dist[point[1]][point[0]] + 1;
          stack.push([point[0]+x[0],point[1]+x[1]]);
        }
        if (flag != true) {
          if (point[0]+x[0] == this.goal[0] && point[1]+x[1] == this.goal[1]) {
            stack = [];
            break;
          }
        }
      }
    }
    return this.dist;
  }

  set_shortest_path() {
    let point = this.goal;
    let x = [[0,-1],[1,0],[0,1],[-1,0]];
    this.maze[point[1]][point[0]] = '*';
    while (this.dist[point[1]][point[0]] > 0) {
      for (let i = 0; i < x.length; ++i) {
        if (this.dist[point[1]][point[0]]-this.dist[point[1]+x[i][1]][point[0]+x[i][0]] == 1) {
          if (this.dist[point[1]][point[0]] > 0) {
            this.maze[point[1]+x[i][1]][point[0]+x[i][0]] = '*';
            point = [point[0]+x[i][0],point[1]+x[i][1]];
          }
        }
      }
    }
    return this.maze;
  }

  print_maze() {
    this.maze[this.start[1]][this.start[0]] = 'S';
    this.maze[this.goal[1]][this.goal[0]] = 'G';
    for (let col of this.maze) {
      let arr = '';
      for(let cell of col) {
        if (cell == this.WALL) {
          arr += '#';
        } else if (cell == this.PATH) {
          arr += ' ';
        } else if (cell == 'S') {
          arr += 'S';
        } else if (cell == 'G') {
          arr += 'G';
        } else if (cell == '*') {
          arr += '*';
        }
      }
      console.log(arr);
    }
  }
}

今回は、以下のように出力される。

###############
#     #  *****#
# ### ###*###*#
#   #*****#  *#
# # #*# #####*#
# # #*# #S****#
# ###*##### ###
# #  ***#     #
# # # #*# # ###
# # # #*# #   #
# #####*# ### #
#     #G#   # #
# ### ### # # #
#   # #   # # #
###############
set-dist-dfs-js by inoha_naito -p5.js Web Editor
A web editor for p5.js, a JavaScript library with the goal of making coding accessible to artists, designers, educators,...

参考

深さ優先探索 - Algoful
深さ優先探索(DFS)とは子のないノードにたどり着くまで優先的に探索を繰り返すアルゴリズムです。スタック(FILO)を利用して探索を行います。迷路探索のシミュレーションで視覚的に理解できます。C#の実装サンプルがあります。
[Python] 深さ優先探索で迷路を解く
深さ優先探索 深さ優先探索(Depth First Search)は 、グラフを始点から一番奥の末端まで一直線…
DFS (深さ優先探索) 超入門! 〜 グラフ・アルゴリズムの世界への入口 〜【前編】 - Qiita
0. はじめに --- グラフ探索の動機現代ではコンピュータはとても身近なものになりました。コンピュータの用途としてはシミュレーションなどの大規模計算を行う人工知能をつくるアプリを開発する…
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