《数据结构》课件.docx
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《数据结构》课件.docx
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《数据结构》课件
河南工程学院
《数据结构》课程设计
成果报告
姓名何洪宇
学号201310913103
学院计算机学院
专业班级计算机科学与技术1341
专业课程数据结构
指导老师李芳
2015年1月9日
河南工程学院计算机学院
课程设计报告书
课程设计题目:
迷宫求解问题
课程设计时间:
1月5日~1月9日
课程设计地点:
3号实验楼C412
课程设计单位:
计算机学院
指导教师:
李芳学院院长:
曲宏山
本组组长
赵非鹏
本组成员
赵非鹏何洪宇文记搏
设计题目
迷宫求解
本人分工
查询资料,代码调试
考核项目
考核内容
得分
平时考核
(30分)出勤情况、态度、效率、协作精神;知识掌握情况、基本操作技能、知识应用能力、获取知识能力
设计思想
(20分)需求分析能力,算法分析设计能力
编码、调试分析
(30分)编制代码能力,调试分析能力
文档资料
(20分)表达能力、文档写作能力和文档的规范性
总评成绩
指导教师评语:
等级:
评阅人:
职称:
副教授
年月日
目录
1设计目标1
2课题分析与设计1
2.1 课题需求分析1
2.2 存储结构设计2
2.3 算法设计2
2.4 程序流程图3
3 程序清单4
4 测试9
4.1手动输入迷宫9
4.2自动生成迷宫10
5 总结10
5.1 收获10
5.2 不足10
5.3 算法改进分析10
1设计目标
火车订票订票系统
2课题分析与设计
2.1 课题需求分析
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。
入口
出口
图A
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。
2.2 存储结构设计
迷宫是一个矩形区域,可以使用二维数组表示迷宫,这样迷宫的每一个位置都可以用其行列号来唯一指定,但是二维数组不能动态定义其大小,我们可以考虑先定义一个较大的二维数组maze[M+2][N+2],然后用它的前m行n列来存放元素,即可得到一个m×n的二维数组,这样(0,0)表示迷宫入口位置,(m-1,n-1)表示迷宫出口位置。
注:
其中M,N分别表示迷宫最大行、列数,本程序M、N的缺省值为39、39,当然,用户也可根据需要,调整其大小。
2.3 算法设计
①构建一个二维数组maze[M+2][N+2]用于存储迷宫矩阵
②自动或手动生成迷宫,即为二维数组maze[M+2][N+2]赋值
③构建一个队列用于存储迷宫路径
④建立迷宫节点struct point,用于存储迷宫中每个节点的访问情况
⑤实现搜索算法
⑥屏幕上显示操作菜单
本程序包含10个函数:
(1)主函数 main()
(2)手动生成迷宫函数 shoudong_maze()
(3)自动生成迷宫函数 zidong_maze()
(4)将迷宫打印成图形 print_maze()
(5)打印迷宫路径 (若存在路径) result_maze()
(6)入队 enqueue()
(7)出队 dequeue()
(8)判断队列是否为空 is_empty()
(9)访问节点 visit()
(10)搜索迷宫路径 mgpath()
2.4 程序流程图
讲(0,0)入队列
N
循环结束
无解迷宫
Y
N
N
将队头出列
储存节点,将节点入队列
有解迷宫
3 程序清单
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; } 具体源代码: #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("设计者: 何洪宇赵非鹏文记搏\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; } } } 4 测试 4.1手动输入迷宫 4.2自动生成迷宫 5 总结 5.1 收获 本次实验中,我们使用分工合作的方式,首先定义了函数的结构体部分,剩下的根据函数所要实现的功能进行分工合作,这次实验中我深刻认识到合作的重要性。 例如: 我所编写的手动输入迷宫功能的实现中,应用了其他同学所编写的部分函数,在这次实验中,我学到很多东西,加强了我的动手能力,并且培养了我的独立思考能力。 我们坚持理论联系实际的思想,以实践证实理论,从实践中加深对理论知识的理解和掌握。 实验是我们快速认识和掌握理论知识的一条重要途径。 经过这次的实验,我们整体对各个方面都得到了不少的提高,希望以后学校和系里能够开设更多类似的实验,能够让我们得到更好的锻炼。 也让我们深深感受到讨论交流很重要,遇到困难时,大家一起讨论,加强我们的团队合作精神,同时通过这次的课程设计,我们对数据结构的各项知识有了更深刻的理解。 5.2 不足 通过这次课程设计,我们对C语言以及数据结构有了更深刻的了解,增强了程序的编写能力,巩固了专业知识,对程序的模块化观念也又模糊逐渐变的清晰了。 在程序的运行与调试过程中出现了很多错误,通过反复地复习课本上的相关知识,不停地修改与调试,我们终于完成了这段程序。 在调试过程中,我们认识到了数据结构的灵活性与严谨性,同一个功能可以由不同的语句来实现,但编写程序时要特别注意细节方面的问题,因为一个小小的疏忽就能导致整个程序不能运行。 我们也认识到了自己的薄弱之处,如对链表相关知识的欠缺,文件运用的不熟练,在以后的学习中我们要集中精力、端正态度,争取把知识学得更扎实、更全面。 5.3 算法改进分析 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
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- 数据结构 课件