数据结构程序的设计课题.docx
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数据结构程序的设计课题
师学院
工科课程设计-《数据结构》
题目：
迷宫问题（栈）
学号：
1445013914450132
姓名：
鲁向阳肖吟月
班级：
物联网班（1405）
指导教师：
王杰老师
日期：
2016年6月
1概述
1.1课程设计目的
本次课程设计是迷宫求解问题，主要是模拟从入口到出口的通路。
程序中的数据采取的是“栈”作为数据的逻辑结构，并且使用链式存储结构，即是实现一个以链表作存储结构的栈类型。
本课程设计实现了链栈的建立，入栈，出栈，判断栈是否为空的方法，关键的是迷宫通路路径的“穷举求解”和递归求解的方法。
1.2开发环境
具有Intel酷睿i3处理器且满足以下要求的计算机：
4GB存，500GB硬盘；安装VisualC++6.0。
1.3任务分配
两人一起查找相关资料，整合并进行探讨。
其中一人通过查找的资料先行拟定文件的大纲，初步定稿后，然后再由另一个人进行进一步加工，细化，最后两人一起核实文件，进行进一步的升华，最终完成该任务。
2需求分析
2.1题目容
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。
2.2设计思想说明
计算机解迷宫通常用的是“穷举求解”方法，首先从迷宫的入口开始，如果该位置就是迷宫出口，则已经找到了一条路径，搜索工作结束。
否则从入口出发，顺着某个方向进行探索，若能走通，则继续往前进，否则沿着原路退回，换一个方向继续探索，直至出口位置，求得一条通路。
假如所有可能的通路都探索到而未能到达出口，则所设的迷宫没有通路。
可以用二维数组存储迷宫数据，通常设定入口点的下标为（1，1），出口点的下标为（n,n）。
为处理方便起见，可在迷宫的四周加一圈障碍。
对于迷宫中任一位置均可约定有东、南、西、北四个方向可通。
要实现上述算法，需要用到栈的思想。
栈里面压的是走过的路径，若遇到死路，则将该位置在栈的顶层）弹出，再进行下一次判断；若遇到通路，则将该位置压栈并进行下一次判断。
如此反复循环，直到程序结束。
此时，若迷宫有通路，则栈中存储的是迷宫通路坐标的倒序排列，再把所有坐标顺序排列好后，即可得到正确的迷宫通路。
2.3数据结构设计
（1）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。
迷宫的四周有一圈障碍。
（2）程序输出的结果以三元组（i,j,di）的形式输出，其中：
（i,j）指示迷宫中的一个坐标，di表示走到下一坐标的方向，di的取值为0、1、2、3分别表示北、东、南、西。
（3）若设定的迷宫存在通路，则以方阵形式将迷宫及其通路输出到标准输出文件上，对于迷宫中的每个方块，有上下左右4个方块相邻，第i行第j列的当前方块的位置记为（i,j）,规定上方方块为方位0，并按顺时针方向递增编号。
在试探过程中，假设按从方位0到方位3的顺序查找下一个可走的方块。
（4）先将入口进栈（其初始方位设置为-1），在栈不空时循环：
取栈顶方块（不退栈），若该方块是出口，则输出栈中所有方块即为路径，否则，找下一个可走的相邻方块，若不存在这样的方块，说明当前路径不可能走通，则回溯。
也就是恢复当前方块为0后退栈；若存在这样的方块，则将这个可走的相邻方块进栈（其初始方位设置为-1）。
3算法的设计
3.1定义坐标（X，Y）
#include
#include
usingnamespacestd;
structCoor
{
introw;
intcolumn;
intdirection;
};
3.2定义方向
structMove
{
introw;
intcolumn;
};
3.3定义/链表结点
structLinkNode
{
Coordata;
LinkNode*next;
};
3.4定义栈
classstack
{
private:
LinkNode*top;
public:
stack（）;
~stack（）;
voidPush（Coordata）;
CoorPop（）;
CoorGetPop（）;
voidClear（）;
boolIsEmpty（）;
};
3.5定义迷宫定义移动的4个方向
Movemove[4]={{0,1},{1,0},{0,-1},{-1,0}};
6、几个函数功能的描述:
stack（）;//构造函数，置空栈
~stack（）;//析构函数
voidPush（Coordata）;//把元素data压入栈中
CoorPop（）;//使栈顶元素出栈
CoorGetPop（）;//取出栈顶元素
voidClear（）;//把栈清空
boolIsEmpty（）;//判断栈是否为空
boolMazepath（int**maze,intm,intn）;
//寻找迷宫maze中从（0，0）到（m,n）的路径
//到则返回true,否则返回false
voidPrintPath（stackp）;//输出迷宫的路径
voidPrintPath2（intm,intn,stackp,int**maze）;//输出路径
voidRestore（int**maze,intm,intn）;//恢复迷
4各模块的伪码算法
4.1根据输入产生一个8*8的迷宫
m=a;
n=b;
maze=newint*[m+2];//申请长度等于行数加2的二级指针
for（i=0;i{
maze[i]=newint[n+2];
}
for（i=1;i<=m;i++）
for（j=1;j<=n;j++）
cin>>maze[i][j];
cout<<"是否保存新迷宫？
\n";
cout<<"用Y或y表示保存、N或n表示不保存\n";
charchoose;
cin>>choose;
if（choose=='Y'||choose=='y'）
{
charch;
ofstreamfop（"Newtest.txt"）;
for（i=1;i<=m;i++）
{
for（j=1;j<=n;j++）
{
ch='0'+maze[i][j];
fop<}
fop<flush（cout）;
}
fop.close（）;
}
}
//给迷宫的四周加一堵墙，即把迷宫四周定义为1
for（i=0;imaze[i][0]=maze[i][n+1]=1;
for（i=0;imaze[0][i]=maze[m+1][i]=1;
for（intp=0;p{
for（intq=0;q<=n+2;++q）
{
if（maze[p][q]==0）
cout<<"■";
if（maze[p][q]>=1）
cout<<"□";
}
cout<}
returnmaze;//返回存贮迷宫的二维指针maze
4.2探索路径函数
boolMazepath（int**maze,intm,intn）
//寻找迷宫maze中从（0，0）到（m,n）的路径
//到则返回true,否则返回false
{
stackq,p;//定义栈p、q,分别存探索迷宫的存储和路径过程
CoorTemp1,Temp2;
introw,column,loop;
Temp1.row=1;
Temp1.column=1;
q.Push（Temp1）;//将入口位置入栈
p.Push（Temp1）;
maze[1][1]=8;//标志入口位置已到达过
while（!
q.IsEmpty（））//栈q非空，则反复探索
{
Temp2=q.GetPop（）;//获取栈顶元素
if（!
（p.GetPop（）.row==q.GetPop（）.row&&p.GetPop（）.column==q.GetPop（）.column））
p.Push（Temp2）;
//如果有新位置入栈，则把上一个探索的位置存入栈p
for（loop=0;loop<4;loop++）//探索当前位置的4个相邻位置
{
row=Temp2.row+move[loop].row;//计算出新位置x位置值
column=Temp2.column+move[loop].column;//计算出新位置y位置值
if（maze[row][column]==0）//判断新位置是否可达
{
Temp1.row=row;
Temp1.column=column;
maze[row][column]=8;//标志新位置已到达过
q.Push（Temp1）;//新位置入栈
}
if（（row==（m））&&（column==（n）））//成功到达出口
{
Temp1.row=m;
Temp1.column=n;
Temp1.direction=0;
p.Push（Temp1）;//把最后一个位置入栈
charchoose;
cout<<"请选择以坐标形式（row，column，direction）输出迷宫选
（1）或以方阵形式输出迷宫选
（2）:
";
cin>>choose;
if（choose=='1'）
{
PrintPath（p）;//坐标显示输出
Restore（maze,m,n）;
}
else
{
PrintPath2（m,n,p,maze）;//矩阵显示输出
Restore（maze,m,n）;
}
return1;//表示成功找到路径
}
}
if（p.GetPop（）.row==q.GetPop（）.row&&p.GetPop（）.column==q.GetPop（）.column）
//如果没有新位置入栈，则返回到上一个位置
{
p.Pop（）;
q.Pop（）;
}
}
return0;//表示查找失败，即迷宫无路经
}
4.3输出迷宫
voidPrintPath（stackp）//输出路径
{
cout<<"迷宫的路径为\n";
cout<<"括号的容分别表示为（行坐标,列坐标,数字化方向,方向）\n";
stackt;//定义一个栈，按从入口到出口存取路径
inta,b;
Coordata;
LinkNode*temp;
temp=newLinkNode;//申请空间
temp->data=p.Pop（）;//取栈p的顶点元素，即第一个位置
t.Push（temp->data）;//第一个位置入栈t
deletetemp;//释放空间
while（!
p.IsEmpty（））//栈p非空，则反复转移
{
temp=newLinkNode;
temp->data=p.Pop（）;//获取下一个位置
//得到行走方向
a=t.GetPop（）.row-temp->data.row;//行坐标方向
b=t.GetPop（）.column-temp->data.column;//列坐标方向
if（a==1）temp->data.direction=1;//方向向下，用1表示
elseif（b==1）temp->data.direction=2;//方向向右，用2表示
elseif（a==-1）temp->data.direction=3;//方向向上，用3表示
elseif（b==-1）temp->data.direction=4;//方向向左，用4表示
t.Push（temp->data）;//把新位置入栈
deletetemp;
}
cout<<"坐标（row,column,direction）中x在指向当前位置所在的行数，y指向当前位置所在的列数，";
cout<<"direction表示下一位置走向。
"<//输出路径，包括行坐标，列坐标，下一个位置方向
while（!
t.IsEmpty（））//栈非空，继续输出
{
data=t.Pop（）;
cout<<'（'<switch（data.direction）//输出相应的方向
{
case1:
cout<<"↓）\n";break;
case2:
cout<<"→）\n";break;
case3:
cout<<"↑）\n";break;
case4:
cout<<"←）\n";break;
case0:
cout<<"）\n";break;
}
}
}
voidPrintPath2（intm,intn,stackp,int**maze）//输出路径
{
cout<<"迷宫的路径为\n";
for（inti=0;i{
for（intj=0;jcout<cout<}
}
5函数的调用关系图
6测试结果
6.1自动生成迷宫运行情况
（1）选择生成迷宫输入1如下图所示
（2）选择以坐标形式输出迷宫：
7心得体会
通过这段时间的课程设计，本人对计算机的应用，数据结构的作用以及C语言的使用都有了更深的了解。
尤其是C语言的进步让我深刻的感受到任何所学的知识都需要实践，没有实践就无法真正理解这些知识以及掌握它们，使其成为自己的财富。
在设计此程序时，刚开始感到比较迷茫，然后一步步分析，试着写出基本的算法，思路渐渐清晰，最后完成程序。
当然也遇到不少的问题，也正是因为这些问题引发的思考给我带了收获。
在遇到描写迷宫路径的算法时，我感到有些困难，后来经过一步步分析和借鉴书本上的穷举求解的算法，最后把算法写出来。
在利用递归方法求路径时花费了我很长时间，由于本人对递归方面的知识运用较少，导致我不熟悉它的用法，但最终还是通过询问同学、查找书本和上网了解关于递归方面的知识写出来了。
这次课程设计让我更加深入了解很多方面的知识，如链结构的栈类型及其基本操作，数组的运用等等。
在程序的编写中不要一味的模仿，要自己去摸索，只有带着问题反复实践，才能熟练地掌握和运用。
在实际的上机操作过程中，不仅是让我们了解数据结构的理论知识，更重要的是培养解决实际问题的能力，所以相信通过此次实习可以提高我们分析设计能力和编程能力，为后续课程的学习及实践打下良好的基础。
参考文献
[1]严蔚敏、吴伟民：
《数据结构（C语言版）》[M]，清华大学2007年版
[2]谭浩强：
《C语言设计（第三版）》[M]，清华大学2005年版
[3]衍龙、林瑞仲、徐慧：
《C语言实例解析精粹（第二版）》[M]，人民邮电
附录
#include
#include
usingnamespacestd;
structCoor//定义描当前位置的结构类型
{
introw;
intcolumn;
intdirection;
};
structMove//定义下一个位置的方向
{
introw;
intcolumn;
};
structLinkNode//链表结点
{
Coordata;
LinkNode*next;
};
//定义栈
classstack
{
private:
LinkNode*top;
public:
stack（）;//构造函数，置空栈
~stack（）;//析构函数
voidPush（Coordata）;//把元素data压入栈中
CoorPop（）;//使栈顶元素出栈
CoorGetPop（）;//取出栈顶元素
voidClear（）;//把栈清空
boolIsEmpty（）;//判断栈是否为空
};
stack:
:
stack（）//构造函数，置空栈
{
top=NULL;
}
stack:
:
~stack（）//析构函数
{
}
voidstack:
:
Push（Coorx）//把元素data压入栈中
{
LinkNode*TempNode;
TempNode=newLinkNode;
TempNode->data=x;
TempNode->next=top;
top=TempNode;
}
Coorstack:
:
Pop（）//使栈顶元素出栈
{
CoorTemp;
LinkNode*TempNode;
TempNode=top;
top=top->next;
Temp=TempNode->data;
deleteTempNode;
returnTemp;
}
Coorstack:
:
GetPop（）//取出栈顶元素
{
returntop->data;
}
voidstack:
:
Clear（）//把栈清空
{
top=NULL;
}
boolstack:
:
IsEmpty（）
{
if（top==NULL）
returntrue;
else
returnfalse;
}
Movemove[4]={{0,1},{1,0},{0,-1},{-1,0}};//定义移动的4个方向
boolMazepath（int**maze,intm,intn）;
//寻找迷宫maze中从（0，0）到（m,n）的路径
//到则返回true,否则返回false
voidPrintPath（stackp）;//输出迷宫的路径
voidPrintPath2（intm,intn,stackp,int**maze）;//输出路径
voidRestore（int**maze,intm,intn）;//恢复迷宫
int**GetMaze（int&m,int&n）;//获取迷宫（可从文件中读取，也可输入）
//返回存取迷宫的二维指针
intmain（）
{
system（"colorf5"）;
intm=0,n=0;
int**maze;//定义二维指针存取迷宫
cout<<"\n\t\t****************欢迎使用迷宫模拟程序*************"<cout<<"\t\t14级计算机物联网班"<cout<<"\t\t鲁向阳肖吟月"<cout<<"\t\t学号：
1445013914450132"<maze=GetMaze（m,n）;//调用GetMaze（int&m,int&n）函数，得到迷宫
if（Mazepath（maze,m,n））//调用Mazepath（int**maze,intm,intn）函数获取路径
cout<<"迷宫路径探索成功!
\n";
elsecout<<"路径不存在!
\n";
return0;
}
int**GetMaze（int&m,int&n）
//获取迷宫（可从文件中读取，也可输入）
//返回存取迷宫的二维指针
{
int**maze;
inti=0,j=0;
charChoose;//定义一个标志，选择读取文件或直接输入，获取迷宫
cout<<"请选择生成
（1）或键盘输入
（2）:
";
cin>>Choose;
if（Choose=='1'）//当标志Choose为‘1’时，读取文件
{
cout<<"生成迷宫如下:
\n";
charch;//定义一个字符，读取文件中的容
i=0,j=0;
//首先得到文件中数字字符的数目，并得到迷宫的长和宽
ifstreamfip（"test.txt"）;
//定义一个文件对象，并打开文件“test.txt”
while（fip.get（ch））//从读取文件中容（一个个字符）
{
if（ch>='0'&&ch<='9'）//获取文件中的数字字符
{
j++;//如果是字符，列就加1
}
if（ch=='\n'）
{
i++;//如果是换行，就行加1
n=j;//得到宽，即列数
j=0;
}
}
fip.close（）;//读取文件结束
m=i;//得到长即行数
maze=newint*[m+2];//申请长度等于行数加2的二级指针
for（i=0;i{
maze[i]=newint[n+2];
}
i=j=1;
ifstreamfip2（"test.txt"）;//重新读取文件，以得到容
while（fip2.get（ch））
{
if（ch>='0'&&ch<='9'）
{
maze[i][j]=ch-'0';//把数字字符转化为数字，并存到指针里
cout<j++;
}
if（ch=='\n'）//遇到换行，指针也相应换行
{
cout<i++;
j=1;
}
}
fip2.close（）;//读取结束
cout<}
else//Choose=2,输入迷宫
{
cout<<"请输入迷宫的行数和列数:
（中间用空格键分开）";
inta,b;
cin>>a>>b;
cout<<"请输入迷宫容:
（0表示通路,1表示不连通。
中间用空格键分开）\n";
m=a;
n=b;
maze=newint*[m+2];//申请长度等于行
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