如何注释和着色矩阵

Question

我正在尝试绘制动态规划矩阵。到目前为止，我的尝试是：

\documentclass[]{article}
\begin{document}
\begin{tabular}{c||c|ccccc|cccccccccc}
    &&1&1&1&1&1&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0\\\hline\hline
    &0&1&2&3&4&5&6&7&8&9&10&11&12&13&14&15\\\hline
    0&1&1&2&3&4&5&5&6&7&8&9&10&11&12&13&14\\
    0&2&2&2&3&4&5&5&5&6&7&8&9&10&11&12&13\\
    0&3&3&3&3&4&5&5&5&5&6&7&8&9&10&11&12\\\hline
    1&4&3&3&3&3&4&5&6&6&6&7&8&9&10&11&12\\
    1&5&4&3&3&3&3&4&5&6&7&7&8&9&10&11&12\\
    1&6&5&4&3&3&3&4&5&6&7&8&8&9&10&11&12\\
    1&7&6&5&4&3&3&4&5&6&7&8&9&9&10&11&12\\
    1&8&7&6&5&4&3&4&5&6&7&8&9&10&10&11&12\\\hline
    0&9&8&7&6&5&4&3&4&5&6&7&8&9&10&10&11\\
    0&10&9&8&7&6&5&4&3&4&5&6&7&8&9&10&10\\
    0&11&10&9&8&7&6&5&4&3&4&5&6&7&8&9&10\\
    0&12&11&10&9&8&7&6&5&4&3&4&5&6&7&8&9\\
\end{tabular}
\end{document}

现在我想补充两点：

• 数字之间的箭头显示从左上角到右下角的最短路径。
• 我想用红色标记一些块（那些符号不同的块）。

我尝试在 tikz 中执行此操作（使用不同的表格），但效果不太好。

\documentclass{article}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{matrix}
\usepackage{pdflscape}
\begin{document}
    \tikzset{ 
        table/.style={
            matrix of nodes,
            row sep=-\pgflinewidth,
            column sep=-\pgflinewidth,
            nodes={rectangle,text width=1.5em,align=center},
            text depth=0.3125ex,
            text height=0.625ex,
            nodes in empty cells
        },
        row 1/.style={nodes={fill=green!10,text depth=0.4ex,text height=2ex}},
        row 6/.style={nodes={text depth=0.4ex,text height=2ex}},
        column 1/.style={nodes={fill=green!10}},
    }
    \begin{landscape}
        \begin{tikzpicture}
        %\begin{tabular}{c||c|cccccccccc|cccccc|ccccccccc}
        \matrix (mat) [table]{
            &&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&1&1&1&1&1&1&0&0&0&0&0&0&0&0&0\\
            &0&1&2&3&4&5&6&7&8&9&10&11&12&13&14&15&16&17&18&19&20&21&22&23&24&25\\
            1&1&|[fill=red!20]|1&|[fill=red!20]|2&|[fill=red!20]|3&|[fill=red!20]|4&|[fill=red!20]|5&|[fill=red!20]|6&|[fill=red!20]|7&|[fill=red!20]|8&|[fill=red!20]|9&|[fill=red!20]|10&10&11&12&13&14&15&|[fill=red!20]|16&|[fill=red!20]|17&|[fill=red!20]|18&|[fill=red!20]|19&|[fill=red!20]|20&|[fill=red!20]|21&|[fill=red!20]|22&|[fill=red!20]|23&|[fill=red!20]|24\\
            1&2&|[fill=red!20]|2&|[fill=red!20]|2&|[fill=red!20]|3&|[fill=red!20]|4&|[fill=red!20]|5&|[fill=red!20]|6&|[fill=red!20]|7&|[fill=red!20]|8&|[fill=red!20]|9&|[fill=red!20]|10&10&10&11&12&13&14&|[fill=red!20]|15&|[fill=red!20]|16&|[fill=red!20]|17&|[fill=red!20]|18&|[fill=red!20]|19&|[fill=red!20]|20&|[fill=red!20]|21&|[fill=red!20]|22&|[fill=red!20]|23\\
            1&3&|[fill=red!20]|3&|[fill=red!20]|3&|[fill=red!20]|3&|[fill=red!20]|4&|[fill=red!20]|5&|[fill=red!20]|6&|[fill=red!20]|7&|[fill=red!20]|8&|[fill=red!20]|9&|[fill=red!20]|10&10&10&10&11&12&13&|[fill=red!20]|14&|[fill=red!20]|15&|[fill=red!20]|16&|[fill=red!20]|17&|[fill=red!20]|18&|[fill=red!20]|19&|[fill=red!20]|20&|[fill=red!20]|21&|[fill=red!20]|22\\
            1&4&|[fill=red!20]|4&|[fill=red!20]|4&|[fill=red!20]|4&|[fill=red!20]|4&|[fill=red!20]|5&|[fill=red!20]|6&|[fill=red!20]|7&|[fill=red!20]|8&|[fill=red!20]|9&|[fill=red!20]|10&10&10&10&10&11&12&|[fill=red!20]|13&|[fill=red!20]|14&|[fill=red!20]|15&|[fill=red!20]|16&|[fill=red!20]|17&|[fill=red!20]|18&|[fill=red!20]|19&|[fill=red!20]|20&|[fill=red!20]|21\\
            0&5&4&4&4&4&4&5&6&7&8&9&|[fill=red!20]|10&|[fill=red!20]|11&|[fill=red!20]|11&|[fill=red!20]|11&|[fill=red!20]|11&|[fill=red!20]|12&12&13&14&15&16&17&18&19&20\\
            0&6&5&4&4&4&4&4&5&6&7&8&|[fill=red!20]|9&|[fill=red!20]|10&|[fill=red!20]|11&|[fill=red!20]|12&|[fill=red!20]|12&|[fill=red!20]|12&12&12&13&14&15&16&17&18&19\\
            0&7&6&5&4&4&4&4&4&5&6&7&|[fill=red!20]|8&|[fill=red!20]|9&|[fill=red!20]|10&|[fill=red!20]|11&|[fill=red!20]|12&|[fill=red!20]|13&12&12&12&13&14&15&16&17&18\\
            1&8&|[fill=red!20]|7&|[fill=red!20]|6&|[fill=red!20]|5&|[fill=red!20]|5&|[fill=red!20]|5&|[fill=red!20]|5&|[fill=red!20]|5&|[fill=red!20]|5&|[fill=red!20]|6&|[fill=red!20]|7&7&8&9&10&11&12&|[fill=red!20]|13&|[fill=red!20]|13&|[fill=red!20]|13&|[fill=red!20]|13&|[fill=red!20]|14&|[fill=red!20]|15&|[fill=red!20]|16&|[fill=red!20]|17&|[fill=red!20]|18\\
            %\end{tabular}
        };
        \foreach \x in {2,6,9}
        {
            \draw 
            ([xshift=-.125\pgflinewidth,yshift=3]mat-\x-1.south west) --   
            ([xshift=-.125\pgflinewidth,yshift=3]mat-\x-27.south east);
        }
    \begin{scope}[shorten >=7pt,shorten <= 7pt]
    \draw[->]  (mat-2-2.center) -- (mat-2-3.center);
    \draw[->]  (mat-2-3.center) -- (mat-2-4.center);
    \draw[->]  (mat-2-4.center) -- (mat-3-5.center);
    \draw[->]  (mat-3-5.center) -- (mat-4-6.center);
    \draw[->]  (mat-4-6.center) -- (mat-5-7.center);
    \draw[->]  (mat-5-7.center) -- (mat-6-8.center);
    \draw[->]  (mat-6-8.center) -- (mat-7-9.center);
    \draw[->]  (mat-7-9.center) -- (mat-8-10.center);
    \draw[->]  (mat-8-10.center) -- (mat-9-11.center);
    \draw[->]  (mat-9-11.center) -- (mat-10-12.center);

    \end{scope}

        \end{tikzpicture}
    \end{landscape}
\end{document}

这存在一些问题。

• 矩阵中的两条线之间有一个奇怪的空格。
• 阴影发生了偏移，因此无法正确填充块。
• 箭头似乎没有全部正确排列。
• LaTeX 源代码非常冗长。

任何帮助都非常感谢。

Answer 1

以下是一些更正：

• 移除row 6样式
• 移除text depth并设置text height为，1.1ex以避免填充和单元格内容之间的偏移

• 使用矩阵上方 20% 不透明度的矩形来遮蔽区域，而不是填充每个单元格。

  \documentclass{standalone}
  \usepackage{tikz}
  \usetikzlibrary{matrix}
  \begin{document}
  \tikzset{ 
      table/.style={
          matrix of nodes,
          row sep=-\pgflinewidth,
          column sep=-\pgflinewidth,
          nodes={rectangle,text width=1.5em,align=center},
          text height=1.1ex,
          nodes in empty cells,
      },
      row 1/.style={nodes={fill=green!10}},
      column 1/.style={nodes={fill=green!10}}
  }
  
  \begin{tikzpicture}
          \matrix (mat) [table]{
          &&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&1&1&1&1&1&1&0&0&0&0&0&0&0&0&0\\
          &0&1&2&3&4&5&6&7&8&9&10&11&12&13&14&15&16&17&18&19&20&21&22&23&24&25\\
          1&1&1&2&3&4&5&6&7&8&9&10&10&11&12&13&14&15&16&17&18&19&20&21&22&23&24\\
          1&2&2&2&3&4&5&6&7&8&9&10&10&10&11&12&13&14&15&16&17&18&19&20&21&22&23\\
          1&3&3&3&3&4&5&6&7&8&9&10&10&10&10&11&12&13&14&15&16&17&18&19&20&21&22\\
          1&4&4&4&4&4&5&6&7&8&9&10&10&10&10&10&11&12&13&14&15&16&17&18&19&20&21\\
          0&5&4&4&4&4&4&5&6&7&8&9&10&11&11&11&11&12&12&13&14&15&16&17&18&19&20\\
          0&6&5&4&4&4&4&4&5&6&7&8&9&10&11&12&12&12&12&12&13&14&15&16&17&18&19\\
          0&7&6&5&4&4&4&4&4&5&6&7&8&9&10&11&12&13&12&12&12&13&14&15&16&17&18\\
          1&8&7&6&5&5&5&5&5&5&6&7&7&8&9&10&11&12&13&13&13&13&14&15&16&17&18\\
      };
      \fill[red,opacity=0.2] (mat-3-3.north west) rectangle (mat-6-12.south east);
      \fill[red,opacity=0.2] (mat-7-13.north west) rectangle (mat-9-18.south east);
      \fill[red,opacity=0.2] (mat-3-19.north west) rectangle (mat-6-27.south east);
      \fill[red,opacity=0.2] (mat-10-3.north west) rectangle (mat-10-12.south east);
      \fill[red,opacity=0.2] (mat-10-19.north west) rectangle (mat-10-27.south east);
      \foreach \x in {2,6,9}
      {
          \draw 
          ([xshift=-.125\pgflinewidth]mat-\x-1.south west) --   
          ([xshift=-.125\pgflinewidth]mat-\x-27.south east);
      }
  \begin{scope}[shorten >=7pt,shorten <= 7pt]
  \draw[->]  (mat-2-2.center) -- (mat-2-3.center);
  \draw[->]  (mat-2-3.center) -- (mat-2-4.center);
  \draw[->]  (mat-2-4.center) -- (mat-3-5.center);
  \draw[->]  (mat-3-5.center) -- (mat-4-6.center);
  \draw[->]  (mat-4-6.center) -- (mat-5-7.center);
  \draw[->]  (mat-5-7.center) -- (mat-6-8.center);
  \draw[->]  (mat-6-8.center) -- (mat-7-9.center);
  \draw[->]  (mat-7-9.center) -- (mat-8-10.center);
  \draw[->]  (mat-8-10.center) -- (mat-9-11.center);
  \draw[->]  (mat-9-11.center) -- (mat-10-12.center);
  
  \end{scope}
  
      \end{tikzpicture}
  \end{document}
  

编辑

通过填充 20% 不透明矩形来为矩阵块着色是一种让我不满意的解决方案。我想将样式块分配给单元格，但 tikz 没有这样的选项。在从以下答案开始工作后这个问题，我设法做到了：filinred选项通过2个循环（用 定义）定义单元格块的样式/.list，然后在矩阵的开头以格式（从上到下、从左到右）定义块列表：

\documentclass{standalone}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{matrix}
\begin{document}
    \tikzset{ 
        table/.style={
            matrix of nodes,
            row sep=-\pgflinewidth,
            column sep=-\pgflinewidth,
            nodes={rectangle,text width=1.5em,align=center},
            text height=1.1ex,
            nodes in empty cells,
        },
        row 1/.style={nodes={fill=green!10}},
        column 1/.style={nodes={fill=green!10}},
        fillinred/.style args = {(#1,#2 to #3,#4)}{
            blockrows/.style={
                block/.style={
                    row ##1 column ####1/.style={nodes={fill=red!20}}
                },
                block/.list={#2,...,#4}
            },
            blockrows/.list={#1,...,#3}
        } 
    }

        \begin{tikzpicture}
            \matrix (mat) [table,fillinred/.list={(3,3 to 6,12),(10,3 to 10,12),(7,13 to 9,18),(3,19 to 6,27),(10,19 to 10,27)}]{
            &&0&0&0&0&0&0&0&0&0&0&1&1&1&1&1&1&0&0&0&0&0&0&0&0&0\\
            &0&1&2&3&4&5&6&7&8&9&10&11&12&13&14&15&16&17&18&19&20&21&22&23&24&25\\
            1&1&1&2&3&4&5&6&7&8&9&10&10&11&12&13&14&15&16&17&18&19&20&21&22&23&24\\
            1&2&2&2&3&4&5&6&7&8&9&10&10&10&11&12&13&14&15&16&17&18&19&20&21&22&23\\
            1&3&3&3&3&4&5&6&7&8&9&10&10&10&10&11&12&13&14&15&16&17&18&19&20&21&22\\
            1&4&4&4&4&4&5&6&7&8&9&10&10&10&10&10&11&12&13&14&15&16&17&18&19&20&21\\
            0&5&4&4&4&4&4&5&6&7&8&9&10&11&11&11&11&12&12&13&14&15&16&17&18&19&20\\
            0&6&5&4&4&4&4&4&5&6&7&8&9&10&11&12&12&12&12&12&13&14&15&16&17&18&19\\
            0&7&6&5&4&4&4&4&4&5&6&7&8&9&10&11&12&13&12&12&12&13&14&15&16&17&18\\
            1&8&7&6&5&5&5&5&5&5&6&7&7&8&9&10&11&12&13&13&13&13&14&15&16&17&18\\
        };
        \foreach \x in {2,6,9}
        {
            \draw 
            ([xshift=-.125\pgflinewidth]mat-\x-1.south west) --   
            ([xshift=-.125\pgflinewidth]mat-\x-27.south east);
        }
        \begin{scope}[shorten >=7pt,shorten <= 7pt]
            \draw[->]  (mat-2-2.center) -- (mat-2-3.center);
            \draw[->]  (mat-2-3.center) -- (mat-2-4.center);
            \draw[->]  (mat-2-4.center) -- (mat-3-5.center);
            \draw[->]  (mat-3-5.center) -- (mat-4-6.center);
            \draw[->]  (mat-4-6.center) -- (mat-5-7.center);
            \draw[->]  (mat-5-7.center) -- (mat-6-8.center);
            \draw[->]  (mat-6-8.center) -- (mat-7-9.center);
            \draw[->]  (mat-7-9.center) -- (mat-8-10.center);
            \draw[->]  (mat-8-10.center) -- (mat-9-11.center);
            \draw[->]  (mat-9-11.center) -- (mat-10-12.center);
        \end{scope}

    \end{tikzpicture}
\end{document}