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
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:
目录
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
7、详细设计……………………………………………………………………….4
8、调试分析………………………………………………………………………..8
9、运行结果及分析……………………………………………………………….8
10、参考文献……………………………………………………………………….10
11、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。
4、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={|ai-1,ai∈D,i=2……,n}
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
5.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];
6、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;ifor(j=0;jscanf("%d",&maze[i][j]);
}
voidzidong_maze(intm,intn){
inti,j;
printf("\n迷宫生成中……\n\n");
system("pause");
for(i=0;ifor(j=0;jmaze[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+1if((p.row+1if((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