该算法的目的是计算一个二维矩阵中各点到指定源点的最短距离。在这个问题中,我们可以假设矩阵中的每个元素代表一个位置,某些位置可能是障碍(例如数字0表示无法通过),而其他位置可能是可通行的(例如数字1代表绿洲)。源点和终点的位置在输入时指定,分别用字符2和3表示。
算法的核心是使用广度优先搜索(Breadth First Search,BFS)来遍历这个由绿洲和起点/终点构成的图。在BFS过程中,我们使用一个双端队列(deque)来存储待处理的节点,并维护一个distance矩阵来记录每个节点到源点的最短距离。初始时,源点的距离设置为0,其他所有节点的距离设为-1表示未访问。
以下是算法的详细步骤:
1. 初始化:创建并输入数据,包括矩阵maze、distance矩阵、矩阵大小N、K(用于确定搜索范围)、起点start和终点end。
2. 将源点添加到队列,并将其距离设为0。
3. 进行BFS遍历:
- 在每次循环中,取出队列头部的节点curnode,检查其层数是否与当前层curlayer匹配。
- 如果匹配,从队列中移除该节点,并检查其相邻节点(在搜索范围内,考虑到K的限制)。
- 对于每个相邻节点,如果它还没有被访问过(distance值为-1),则计算其与当前节点的距离(曼哈顿距离,即横纵坐标的绝对值之和),并将新节点加入队列,更新其距离为当前节点距离加上计算出的距离。
- 如果队列为空,表示所有可达节点都已处理完毕,算法结束。
4. 最终,distance矩阵将包含所有节点到源点的最短路径距离。
这个算法巧妙地利用了BFS的特性来逐步扩展源点的影响范围,确保找到的是最短路径。在遍历过程中,动态更新distance矩阵,确保在找到更短路径时能够及时更新。由于BFS的特性,它会优先处理距离源点更近的节点,因此最终得到的结果是最优的。
这个算法是解决图论中的最短路径问题的一种有效方法,尤其适用于有较大搜索范围和固定搜索步长的情况。在实际应用中,可以将此算法应用于如寻路、网络路由优化等场景。