数据结构迷宫问题课程设计.docx
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数据结构迷宫问题课程设计.docx
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数据结构迷宫问题课程设计
数据结构课程设计报告
设计题目:
迷宫问题数据结构课程设计_
班级:
计科152
学号:
********
******
南京农业大学计算机系
数据结构课程设计报告内容
一.课程设计题目
迷宫问题
以一个m*n的长方阵表示迷宫,0和1分别表示迷宫中的通路和障碍。
设计一个程序,对任意设定的迷宫,求出一条从入口到出口的通路,或得出没有通路的结论。
要求:
首先实现一个以链表作存储结构的栈类型,然后编写一个求解迷宫的非递归程序。
求得的通路以三元组(i,j,d)的形式输出。
其中:
(i,j)指示迷宫中的一个坐标,d表示走到下一坐标的方向。
二.算法设计思想
1.需求分析
(1)迷宫数据用一个二维数组intmaze[row][col]来存储,在定义了迷宫的行列数后,用两个for循环来录入迷宫数据,并在迷宫周围加墙壁。
(2)迷宫的入口位置和出口位置可以由用户自己决定。
2.概要设计
(1)主程序模块:
voidmain()
{
intmaze[row][col];
structmarkstart,end;//出入口的坐标
intdir[4][2]={{0,1},{1,0},{0,-1},{-1,0}};
//方向,依次是东西南北
built_maze(maze);
printf("请输入入口的横纵坐标:
");
scanf("%d,%d",&start.a,&start.b);
printf("请输入出口的横纵坐标:
");
scanf("%d,%d",&end.a,&end.b);
printf("0为东,1为南,2为西,3为北,-1为出路\n");
maze_path(maze,dir,start,end);
getchar();
}
(2)栈模块——实现栈抽象数据类型
(3)迷宫模块——实现迷宫抽象数据类型,建立迷宫,找出迷宫的一条通路
3.详细设计
(1)坐标位置类型
structmark{
inta,b;//迷宫a行b列为位置
};
(2)迷宫类型
voidbuilt_maze(intmaze[row][col])
//按照用户输入的row行和col列的二维数组(元素值为0和1)
//设置迷宫maze的初值,包括边上边缘一圈的值
voidmaze_path(intmaze[row][col],intdir[4][2],structmarkstart,structmarkend)
//求解迷宫maze中,从入口start到出口end的一条路径,
//若存在,则返回TRUE;否则返回FALSE
(3)栈类型
structelement{
inti,j,d;//坐标与方向
};
typedefstructLinkstack{
elementelem;
structLinkstack*next;
}*SLinkstack;
4.求迷宫路径为伪码算法
voidmaze_path(intmaze[row][col],intdir[4][2],structmarkstart,structmarkend)
{
inti,j,d;
intx,y;
elementelem,E;
SLinkstackL1,L2;
initstack(L1);
initstack(L2);
maze[start.a][start.b]=2;
elem.i=start.a;
elem.j=start.b;
elem.d=-1;//d=-1表示无方向
push_stack(L1,elem);
while(!
stack_empty(L1))
{
pop(L1,elem);
i=elem.i;
j=elem.j;
d=elem.d+1;//下一个方向
while(d<4)//探索东西南北各个方向
{
x=i+dir[d][0];
y=j+dir[d][1];
if(x==end.a&&y==end.b&&maze[x][y]==0)//这里表示已经到了出口
{
elem.i=i;
elem.j=j;
elem.d=d;
push_stack(L1,elem);
elem.i=x;
elem.j=y;
elem.d=-1;
push_stack(L1,elem);
while(L1)//逆置序列,输出迷宫路径
{
pop(L1,E);
push_stack(L2,E);
}
while(L2)
{
pop(L2,E);
printf("%3d%3d%3d\n",E.i,E.j,E.d);
}
return;
}
if(maze[x][y]==0)
{
maze[x][y]=2;//标记走过这个点
elem.i=i;
elem.j=j;
elem.d=d;
push_stack(L1,elem);
i=x;
j=y;
d=-1;
}
d++;
}
}
printf("此迷宫无出路");
}
5.主函数和其他函数的伪码算法
voidmain()
{
intmaze[row][col];
structmarkstart,end;//出入口的坐标
intdir[4][2]={{0,1},{1,0},{0,-1},{-1,0}};
built_maze(maze);//方向,依次是东西南北
printf("请输入入口的横纵坐标:
");
scanf("%d,%d",&start.a,&start.b);
printf("请输入出口的横纵坐标:
");
scanf("%d,%d",&end.a,&end.b);
printf("0为东,1为南,2为西,3为北,-1为出路\n");
maze_path(maze,dir,start,end);
getchar();
}
三.程序结构
四.实验结果与分析
1.用户使用说明
(1)本程序的运行环境为debug运行环境,执行文件为:
19215225.cpp;
(2)用VC++运行文件后出现以下窗口:
点击
运行程序
(3)出现以下窗口后
输入迷宫的行列数,回车;再继续输入迷宫的数据,1表示障碍,0表示通路;再输入入口坐标和出口坐标,回车。
就可以显示出迷宫路径。
2.测试结果
(1)输入行列数:
5,5
输入迷宫数据为:
00011
11011
00010
01100
00000
出口位置:
1,1
出口位置:
5,5
(2)输入行列数:
4,9
输入迷宫数据为:
000000100
010001000
001110011
001110100
输入入口坐标:
1,1
输入出口坐标:
4,9
(3)输入行列数:
9,8
输入迷宫数据为:
00100010
00100010
00001101
01110010
00010000
01000101
01111001
11000101
11000000
输入入口坐标:
1,1
输入出口坐标:
9,8
3.调试分析
(1)在刚开始写完代码后,运行发现程序只能运行简单的一条直线的迷宫,在运行复杂的迷宫时,不会碰到死路(周围没有可探索的道路)就删除坐标往回到前坐标换方向探索。
最后我和同寝室同学一起探讨才发现程序中探索过的坐标没有标记,后来我将maze[x][y]=2将它作为标记才解决问题。
(2)程序中主要的两个算法:
initmaze和maze_path的时间复杂度为O(m*n),空间复杂度也为O(m*n)。
五.总结(收获与体会)
通过这段时间的课程设计,我对数据结构和C语言的理解更加深刻了。
在实践过程中我遇到了不少问题,但通过阅读相关书籍、求问老师同学,最终也解决了不少问题。
这些问题也给了我相当多的收获。
但通过这段时间的学习和解决的这么多问题,我觉得我对这些知识的掌握比以前好了许多。
求解迷宫问题用的是“穷举求解”的方法。
从入口出发,沿着某一方向探索(这里我选择优先探索的是东面),若无障碍,继续往前走,否则眼原路返回,换个方向继续探索,直到将所有可能的通道都探索完为止。
所以需要用栈来保存从入口到当前位置的路径。
但因为之前在学习栈这一节的时候没学扎实,现在有很多知识都忘了。
所以在编写求解迷宫路径的算法的时候我觉得有些困难,后来经过一步步分析和借鉴书上的穷举法才把算法写出来。
但我还是除了许多错误,其中大部分是语法错误,这些最后都还是一一解决了。
而且除了加深了栈的学习,我还复习了以前大一学的C语言中的二维数组和for,while循环。
这次课程设计不仅是让我们加深了解数据结构的理论知识,更重要的是培养我们解决实际问题的能力,能在不断地遇到问题,不断地解决问题的过程中培养自己的专业思维。
所以我相信通过这次课程设计我们能够提升自己的分析、设计程序和编写程序的能力。
六.源程序
#include
#include
#definerow100
#definecol100
structmark{
inta,b;
};
structelement{
inti,j,d;//坐标与方向
};
typedefstructLinkstack{
elementelem;
structLinkstack*next;
}*SLinkstack;
intinitstack(SLinkstack&L)
{
L=NULL;
return1;
}
intstack_empty(SLinkstackL)
{
if(L==NULL)
return1;
else
return0;
}
intpush_stack(SLinkstack&L,elementE)
{
SLinkstackP;
P=(SLinkstack)malloc(sizeof(Linkstack));
P->elem=E;
P->next=L;
L=P;
return1;
}
intpop(SLinkstack&L,element&E)
{
SLinkstackP;
if(!
stack_empty(L))
{
E=L->elem;
P=L;
L=L->next;
free(P);
return1;
}
else
return0;
}
voidbuilt_maze(intmaze[row][col])//建立迷宫
{
intx,y;
intm,n;
printf("请输入迷宫的行列数(用逗号隔开):
");
scanf("%d,%d",&m,&n);
printf("请输入迷宫各行各列的数据(用空格隔开):
\n");
for(x=0;x { for(y=0;y { if(x==0||x==m+1||y==0||y==n+1)//迷宫周围加墙壁 maze[x][y]=1; else scanf("%d",&maze[x][y]); } } printf("迷宫生成中……\n"); printf("迷宫显示为: \n"); for(x=0;x { for(y=0;y printf("%3d",maze[x][y]); printf("\n"); } } voidmaze_path(intmaze[row][col],intdir[4][2],structmarkstart,structmarkend) { inti,j,d; intx,y; elementelem,E; SLinkstackL1,L2; initstack(L1); initstack(L2); maze[start.a][start.b]=2;//标记起点坐标 elem.i=start.a; elem.j=start.b; elem.d=-1;//d=-1表示无方向 push_stack(L1,elem); while(! stack_empty(L1)) { pop(L1,elem); i=elem.i; j=elem.j; d=elem.d+1;//下一个方向 while(d<4)//探索东西南北各个方向 { x=i+dir[d][0]; y=j+dir[d][1]; if(x==end.a&&y==end.b&&maze[x][y]==0) {//这里表示已经到了出口 elem.i=i; elem.j=j; elem.d=d; push_stack(L1,elem); elem.i=x; elem.j=y; elem.d=-1; push_stack(L1,elem); while(L1)//逆置序列,输出迷宫路径 { pop(L1,E); push_stack(L2,E); } while(L2) { pop(L2,E); printf("(%d,%d,%d)\n",E.i,E.j,E.d); } return; } if(maze[x][y]==0) { maze[x][y]=2;//标记走过这个点 elem.i=i; elem.j=j; elem.d=d; push_stack(L1,elem); i=x; j=y; d=-1; } d++; } } printf("此迷宫无出路"); } voidmain() { intmaze[row][col]; structmarkstart,end;//出入口的坐标 intdir[4][2]={{0,1},{1,0},{0,-1},{-1,0}};//方向,依次是东西南北 printf("***********************************************************************************************\n"); printf("\t***************欢迎使用迷宫模拟程序***************\n"); printf("***********************************************************************************************\n"); built_maze(maze); printf("请输入入口的横纵坐标: "); scanf("%d,%d",&start.a,&start.b); printf("请输入出口的横纵坐标: "); scanf("%d,%d",&end.a,&end.b); printf("0为东,1为南,2为西,3为北,-1为出路\n"); maze_path(maze,dir,start,end); printf("按任意键继续"); getchar(); }
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