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遍历查找中的计算思维

机器人小睿身处一个洞穴迷宫中，迷宫中有许多空间，各个空间之间有道路相连。小睿的任务是搜集可能存在于各个空间中的能量石，并且不能有所遗漏。然而，小睿一旦出发，就必须按既定的命令以规定好的路径运行，不能临时改变方向。为了简化问题，假设迷宫中不存在回路（就是兜了一圈回到原地的路径），并且，从最开始的洞穴空间出发，只有左和右两条道路可选择，进到新的洞穴空间后，也一样只有左右两条道路可选（包含来时的道路，每个洞穴空间最多有三个方向可以走）。作为小睿的主人，应该怎样给小睿下达指令，才能比较有效地有哪些信誉好的足球投注网站整个迷宫呢？

这其实就是一个树结构的遍历问题，仔细想想，小睿的主人恐怕不是那么容易当的。一方面，他要想办法做到多快好省全，使机器人既不能错过某条路，也要尽量减少重走已探索過路径的情况;另一方面，他还要考虑如何将自己的要求编码成某种指令，用尽可能简洁明确的方式传达给机器人小睿。

或许有相当多的读者知道，可以用广度优先有哪些信誉好的足球投注网站或深度优先有哪些信誉好的足球投注网站算法来完成上述任务，但对于人工智能相关内容的初学者来说，他所面对的知识和技能的网络，可能也和迷宫一样复杂。比如说，他要知道“树”或者“图”的数据结构;为了跟踪机器人的行踪，还要知道“堆栈”或者“队列”的用法;为了将迷宫呈现出来，可能需要高维的数组或列表;为了能够让机器人自动探索路径，需要用到循环或递归;并且，更重要的是，他要能将上述所有知识和技能综合在一起，把机器人探路的程序编写出来。

然而，正如大家已经认识到的，计算思维的培养与程序算法的培养，两者间虽然有联系，但并不等同。在计算思维培养过程中，常常要关注如何对问题进行编码，如何找出形式化的方法，使得问题的解决变得自动化，最后，才是将此自动化过程用算法实现出来。而在传统的算法学习中，学习者往往是直接面对已经相当成熟的、高效的问题解决方案。所以，在计算思维培养过程的初始，就要玩一种“假装不知道”的游戏，把那些成熟的算法和程序代码搁在一旁不去看它，试着自主探索某些形式化、自动化的方案，哪怕学习者的算法和程序水平有限，也不妨碍他们自主开展探索并逐渐形成别具一格的方案。

以树结构的遍历查找为例，如何在正式推出成熟算法和程序代码之前，先行开展自主探索活动，落实提高计算思维的教学目标呢？不妨来看看下面这个涂涂画画的例子吧。

●首先来玩画画

第一个任务是画画，用图画模拟出洞穴迷宫的环境，用画图软件就可以了，如图1所示。这个任务，其实和后续指引机器人如何行动的指令编码有关，它需要学习者对头脑想象中的环境进行抽象，将不同空间之间的关系，尽可能用简洁明了的方式呈现出来。

至于怎么在画图软件中模拟迷宫环境，办法很多，比如，画矩形当作洞穴，在画面正中间画一个矩形，然后在它左右两边各画一个矩形与中间的矩形边缘相接，由此逐渐扩展。可以看出，这实际上就是一个二叉树的结构，在对它的结构有了充分的了解之后，还可以拓展研究有更多分岔路径的结构。绘图的时候，可以有意将新接进来的矩形的左右方位设置得很明显，这是为了在后续遍历时更容易描述机器人的行进动作。

●然后来涂颜色

第二个任务，是试着依靠颜色指引机器人如何行进。想象一下，机器人一旦从初始空间出发，就需要根据实时情况的变化，保存或变更一些信息，其后才能根据这些信息指引自己在迷宫中继续行动。本文游戏中，用五彩斑斓的颜色，来直观地展现信息的存储和变化过程。

例如，这里有一个非常简单的方案：将有哪些信誉好的足球投注网站的空间分出不同的层级，探索的第一层就是最中间的空间，也就是机器人初始所在的位置，第二层是邻近第一层空间的左侧和右侧的空间，第三层，是左侧空间的左侧空间，左侧空间的右侧空间，右侧空间的左侧空间，右侧空间的右侧空间，以此类推。

考虑如下方案A。由于空间总共有四层，所以它将用到红绿蓝黄四种颜色，若加上原本的白色，就是五种颜色，四种颜色放置在调色盘中，如果迷宫层级增加，调色盘也可相应扩充：①将正中间的空间涂成红色。②有哪些信誉好的足球投注网站所有和红色邻近的空间，涂成绿色。③有哪些信誉好的足球投注网站所有和绿色邻近的空间，涂成蓝色。④有哪些信誉好的足球投注网站所有和蓝色邻近的空间，涂成黄色。每一层涂色完毕后，就可以将调色盘最上层的颜色擦除，这样，机器人就知道下一层应该涂什么样的颜色了。

按这样的规则，可以很快将所有空间遍历完成。方案A虽然简单，但若是仔细思考一下，便会发觉有很大的漏洞，因为，这其实是要求，机器人小睿必须具有重复分身的能力，每进入一个新的空间，它就在这个空间一分为二，然后二者各自去探索左右两个路径。这样的机器人，恐怕是比较难以制造出来的。

接着，考虑如下方案B。在这个方案中，除了原本的白色，就只用到红色：①机器人由低层向高层行进，若行进到无法行进时（不再有更高层），则原路返回到最初始的空间，返回时不进行新的探测任务。②当第一层空间（也就是最初始的空间）遇到机器人第四次返回时，则变成红色。③当第二层空