数据结构 迷宫求解问题 课程设计.docx
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数据结构迷宫求解问题课程设计
江西理工大学应用科学学院
数据结构课程设计报告
题目:
迷宫求解
班级:
姓名:
学号:
完成日期:
一、课程设计概述…………………………………………………………………..2
二、问题描述……………………………………………………………………….2
三、需求分析……………………………………………………………………….2
四、概要设计……………………………………………………………………….2
五、存储结构……………………………………………………………………….4
六、流程图………………………………………………………………………...4
七、详细设计……………………………………………………………………….4
八、调试分析………………………………………………………………………..8
九、运行结果及分析……………………………………………………………….8
十、参考文献……………………………………………………………………….10
十一、主程序……………………………………………………………………..…10
一、课程设计概述
本次数据结构课程设计主要完成用栈来实现迷宫求解问题。
使用语言:
C
编译环境:
VC6.0
二、问题描述
迷宫问题是取自心理学的一个古典实验。
在该实验中,把一只老鼠从一个无顶大盒子的门放入,在盒子中设置了许多墙,对行进方向形成了多处阻挡。
盒子仅有一个出口,在出口处放置一块奶酪,吸引老鼠在迷宫中寻找道路以到达出口。
对同一只老鼠重复进行上述实验,一直到老鼠从入口走到出口,而不走错一步。
老鼠经过多次试验最终学会走通迷宫的路线。
设计一个计算机程序对任意设定的矩形迷宫如下图A所示,求出一条从入口到出口的通路,或得出没有通路的结论。
图1-1.
三、需求分析
要求设计程序输出如下:
(1)建立一个大小为m×n的任意迷宫(迷宫数据可由用户输入或由程序自动生成),并在屏幕上显示出来;
(2)找出一条通路的二元组(i,j)数据序列,(i,j)表示通路上某一点的坐标。
(3)用一种标志(如数字8)在迷宫中标出该条通路;
(4)在屏幕上输出迷宫和通路;
(5)上述功能可用菜单选择。
四、概要设计
设定栈的抽象数据类型定义为:
ADTstack{
数据对象:
D={ai|ai∈charset,i=1,2,……,n,n≥0}
数据关系:
R1={
基本操作:
InitStack(&S)
//操作结果:
构造一个空栈S。
DestroyStack(&S)
//初始条件:
栈S已存在。
//操作结果:
销毁栈S。
ClearStack(&S)
//初始条件:
栈S已存在。
//操作结果:
将S清为空栈。
StackLength(&S)
//初始条件:
栈S已存在。
//操作结果:
返回栈S的长度。
StackEmpty(&S)
//初始条件:
栈S已存在。
//操作结果:
若S为空栈,则返回TRUE,否则返回FALSE。
GetTop(S,&e)
//初始条件:
栈S已存在。
//操作结果:
若栈S不空,则以e返回栈顶元素。
Push(&S,e)
//初始条件:
栈S已存在。
//操作结果:
在栈S的栈顶插入新的栈顶元素e。
Pop(&S,&e)
//初始条件:
栈S已存在。
//操作结果:
删除S的栈顶元素,并以e返回其值。
StackTraverse(S,visit())
//初始条件:
栈S已存在。
//操作结果:
从栈底到栈顶依次对S中的每个元素调用函数visit().
}ADTstack
五.存储结构
structpoint{
introw;//通道块在路径上的“行”位置
intcol;//迷宫的“出口”
Intpredecessor;//该通道的“前趋”
}queue[512];
六、流程图
图1-2
七、详细设计
实现概要设计中定义的所有数据类型及操作的伪代码算法
1.节点类型和指针类型
迷宫矩阵类型:
intmaze[M+2][N+2];为方便操作使其为全局变量
迷宫中节点类型及队列类型:
structpoint{introw,col,predecessor}que[512]
2.迷宫的操作
(1)手动生成迷宫
voidshoudong_maze(intm,intn)
{定义i,j为循环变量
for(i<=m)
for(j<=n)
输入maze[i][j]的值
}
(2)自动生成迷宫
voidzidong_maze(intm,intn)
{定义i,j为循环变量
for(i<=m)
for(j<=n)
maze[i][j]=rand()%2//由于rand()产生的随机数是从0到RAND_MAX,RAND_MAX是定义在stdlib.h中的,其值至少为32767),要产生从X到Y的数,只需要这样写:
k=rand()%(Y-X+1)+X;
}
(3)打印迷宫图形
voidprint_maze(intm,intn)
{用i,j循环变量,将maze[i][j]输出□、■}
(4)打印迷宫路径
voidresult_maze(intm,intn)
{用i,j循环变量,将maze[i][j]输出□、■、☆}
(5)搜索迷宫路径
①迷宫中队列入队操作
voidenqueue(structpointp)
{将p放入队尾,tail++}
②迷宫中队列出队操作
structpointdequeue(structpointp)
{head++,返回que[head-1]}
③判断队列是否为空
intis_empty()
{返回head==tail的值,当队列为空时,返回0}
④访问迷宫矩阵中节点
voidvisit(introw,intcol,intmaze[41][41])
{建立新的队列节点visit_point,将其值分别赋为row,col,head-1,maze[row][col]=2,表示该节点以被访问过;调用enqueue(visit_point),将该节点入队}
⑤路径求解
voidmgpath(intmaze[41][41],intm,intn)
{先定义入口节点为structpointp={0,0,-1},从maze[0][0]开始访问。
如果入口处即为障碍,则此迷宫无解,返回0,程序结束。
否则访问入口节点,将入口节点标记为访问过maze[p.row][p.col]=2,调用函数enqueue(p)将该节点入队。
判断队列是否为空,当队列不为空时,则运行以下操作:
{调用dequeue()函数,将队头元素返回给p,
如果p.row==m-1且p.col==n-1,即到达出口节点,即找到了路径,结束
如果p.col+1 如果p.row+1 如果p.col-1>0且maze[p.row][p.col-1]==0,说明未到迷宫左边界,且其左方有通路,则visit(p.row,p.col-1,maze),将左方节点入队标记已访问 如果p.row-1>0且maze[p.row-1][p.col]==0,说明未到迷宫上边界,且其上方有通路,则visit(p.row,p.col+1,maze),将上方节点入队标记已访问 } 访问到出口(找到路径)即p.row==m-1且p.col==n-1,则逆序将路径标记为3即maze[p.row][p.col]==3; while(p.predecessor! =-1) {p=queue[p.predecessor]; maze[p.row][p.col]==3;} 最后将路径图形打印出来。 3.菜单选择 while(cycle! =(-1)) ☆手动生成迷宫请按: 1 ☆自动生成迷宫请按: 2 ☆退出请按: 3 scanf("%d",&i); switch(i) {case1: 请输入行列数(如果超出预设范围则提示重新输入) shoudong_maze(m,n); print_maze(m,n); mgpath(maze,m,n); if(X! =0)result_maze(m,n); case2: 请输入行列数(如果超出预设范围则提示重新输入) zidong_maze(m,n); print_maze(m,n); mgpath(maze,m,n); if(X! =0)result_maze(m,n); case3: cycle=(-1);break; } 注: 具体源代码见附录 八、调试分析 在调试过程中,首先使用的是栈进行存储,但是产生的路径是多条或不是最短路径,所以通过算法比较,改用此算法。 九、运行结果及分析 1.程序主界面 图1-3 2.手动输入迷宫 图1-4 图1-5 3.自动生成迷宫 图1-6 图1-7 十、参考文献 [1]浩谭强.C程序设计[M]第2版.北京: 清华大学出版社,2004年。 [2]蔚严敏、吴伟民.数据结构[M].北京: 清华大学出版社,2OO5年。 十一、主程序 附录: #include"stdlib.h" #include"stdio.h" #defineN39 #defineM39 intX; intmaze[N+2][M+2]; structpoint{ introw,col,predecessor; }queue[512]; inthead=0,tail=0; voidshoudong_maze(intm,intn){ inti,j; printf("\n\n"); printf("请按行输入迷宫,0表示通路,1表示障碍: \n\n"); for(i=0;i for(j=0;j scanf("%d",&maze[i][j]); } voidzidong_maze(intm,intn){ inti,j; printf("\n迷宫生成中……\n\n"); system("pause"); for(i=0;i for(j=0;j maze[i][j]=rand()%2; //由于rand()产生的随机数是从0到RAND_MAX //RAND_MAX是定义在stdlib.h中的,其值至少为32767) //要产生从X到Y的数,只需要这样写: k=rand()%(Y-X+1)+X; } voidprint_maze(intm,intn){ inti,j; printf("\n迷宫生成结果如下: \n\n"); printf("迷宫入口\n"); printf("↓"); for(i=0;i {printf("\n"); for(j=0;j {if(maze[i][j]==0)printf("□"); if(maze[i][j]==1)printf("■");} } printf("→迷宫出口\n"); } voidresult_maze(intm,intn){ inti,j; printf("迷宫通路(用☆表示)如下所示: \n\t"); for(i=0;i {printf("\n"); for(j=0;j {if(maze[i][j]==0||maze[i][j]==2)printf("□"); if(maze[i][j]==1)printf("■"); if(maze[i][j]==3)printf("☆"); } } } voidenqueue(structpointp){ queue[tail]=p; tail++; } structpointdequeue(){ head++; returnqueue[head-1]; } intis_empty(){ returnhead==tail; } voidvisit(introw,intcol,intmaze[41][41]){ structpointvisit_point={row,col,head-1}; maze[row][col]=2; enqueue(visit_point); } intmgpath(intmaze[41][41],intm,intn){ X=1; structpointp={0,0,-1}; if(maze[p.row][p.col]==1) {printf("\n===============================================\n"); printf("此迷宫无解\n\n");X=0;return0;} maze[p.row][p.col]=2; enqueue(p); while(! is_empty()) {p=dequeue(); if((p.row==m-1)&&(p.col==n-1))break; if((p.col+1 if((p.row+1 if((p.col-1>=0)&&(maze[p.row][p.col-1]==0))visit(p.row,p.col-1,maze); if((p.row-1>=0)&&(maze[p.row-1][p.col]==0))visit(p.row-1,p.col,maze); } if(p.row==m-1&&p.col==n-1) {printf("\n==================================================================\n"); printf("迷宫路径为: \n"); printf("(%d,%d)\n",p.row,p.col); maze[p.row][p.col]=3; while(p.predecessor! =-1) {p=queue[p.predecessor]; printf("(%d,%d)\n",p.row,p.col); maze[p.row][p.col]=3; } } else{printf("\n=============================================================\n"); printf("此迷宫无解! \n\n");X=0;} return0; } voidmain() {inti,m,n,cycle=0; while(cycle! =(-1)) { printf("********************************************************************************\n"); printf("欢迎进入迷宫求解系统\n"); printf("\n"); printf("********************************************************************************\n"); printf("☆手动生成迷宫请按: 1\n"); printf("☆自动生成迷宫请按: 2\n"); printf("☆退出请按: 3\n\n");printf("********************************************************************************\n"); printf("\n"); printf("请选择你的操作: \n"); scanf("%d",&i); switch(i) {case1: printf("\n请输入行数: ");scanf("%d",&m); printf("\n"); printf("请输入列数: ");scanf("%d",&n); while((m<=0||m>39)||(n<=0||n>39)) {printf("\n抱歉,你输入的行列数超出预设范围(0-39,0-39),请重新输入: \n\n"); printf("请输入行数: ");scanf("%d",&m); printf("\n"); printf("请输入列数: ");scanf("%d",&n); }shoudong_maze(m,n); print_maze(m,n); mgpath(maze,m,n); if(X! =0)result_maze(m,n); printf("\n\nPressEnterContiue! \n");getchar();while(getchar()! ='\n');break; case2: printf("\n请输入行数: ");scanf("%d",&m); printf("\n"); printf("请输入列数: ");scanf("%d",&n); while((m<=0||m>39)||(n<=0||n>39)) {printf("\n抱歉,你输入的行列数超出预设范围(0-39,0-39),请重新输入: \n\n"); printf("请输入行数: ");scanf("%d",&m); printf("\n"); printf("请输入列数: ");scanf("%d",&n); } zidong_maze(m,n); print_maze(m,n); mgpath(maze,m,n); if(X! =0)result_maze(m,n); printf("\n\nPressEnterContiue! \n");getchar();while(getchar()! ='\n');break; case3: cycle=(-1);break; default: printf("\n");printf("你的输入有误! \n"); printf("\nPressEnterContiue! \n");getchar();while(getchar()! ='\n');break; } } } 答辩与成绩考核 答辩问答 成绩评定 项目 权重 成绩 1、设计过程中出勤、能力、水平、态度等方面 2、课设书写及作品质量程度 3、答辩 4、系统 总成绩
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