数据结构课程设计迷宫问题的操作要点.docx
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数据结构课程设计迷宫问题的操作要点
课程设计任务书
专业
计算机科学与技术
班级
姓名
设计起止日期
设计题目：
迷宫问题的操作
设计任务（主要技术参数）：
学会运用数据结构建立迷宫问题，编造出迷宫并设计出走出迷宫的方法
硬件环境：
处理器：
英特尔第三代酷睿i3-3110M@2.40GHz双核
内存：
4GB（三星DDR31333MHz）
主硬盘：
希捷ST500LM012HN-M500MBB（500GB/5400转/分）
显示器：
三星SEC3649（14英寸）
软件环境：
操作系统：
Windows864位（DirectX11）
开发环境：
VC++6.0
指导教师评语：
成绩：
签字：
年月日
1、课程设计目的
为了配合《数据结构》课程的开设，通过设计一完整的程序，掌握数据结构的应用、算法的编写、类C语言的算法转换成C程序并用TC上机调试的基本方法特进行题目为两个链表合并的课程设计。
通过此次课程设计充分锻炼有关数据结构中链表的创建、合并等方法以及怎样通过转化成C语言在微机上运行实现等其他方面的能力。
2．课程设计的内容与要求
2.1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A
2.2设计要求：
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。
3．课程设计总体方案及分析
3.1问题分析：
1.迷宫的建立：
迷宫中存在通路和障碍，为了方便迷宫的创建，可用0表示通路，用1表示障碍，这样迷宫就可以用0、1矩阵来描述，
2.迷宫的存储：
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。
3.迷宫路径的搜索：
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。
否则搜索其上、下、左、右位置是否是障碍，若不是障碍，就移动到该位置，然后再从该位置开始搜索通往出口的路径；若是障碍就选择另一个相邻的位置，并从它开始搜索路径。
为防止搜索重复出现，则将已搜索过的位置标记为2，同时保留搜索痕迹，在考虑进入下一个位置搜索之前，将当前位置保存在一个队列中，如果所有相邻的非障碍位置均被搜索过，且未找到通往出口的路径，则表明不存在从入口到出口的路径。
这实现的是广度优先遍历的算法，如果找到路径，则为最短路径。
以矩阵00101为例，来示范一下
10010
10001
00100
首先，将位置（0,0）（序号0）放入队列中，其前节点为空，从它开始搜索，其标记变为2，由于其只有一个非障碍位置，所以接下来移动到（0,1）（序号1），其前节点序号为0，标记变为2，然后从（0,1）移动到（1,1）（序号2），放入队列中，其前节点序号为1，（1,1）存在（1，2）（序号3）、（2，1）（序号4）两个可移动位置，其前节点序号均为2.对于每一个非障碍位置，它的相邻非障碍节点均入队列，且它们的前节点序号均为该位置的序号，所以如果存在路径，则从出口处节点的位置，逆序就可以找到其从出口到入口的通路。
如下表所示：
012345678910
（0,0）（0,1）（1,1）（1,2）（2,1）（2,2）（1,3）（2,3）（0,3）（3,3）（3,4）
-10122345679
由此可以看出，得到最短路径：
（3,4）（3,3）（2,3）（2,2）（1,2）（1,1）（0,1）（0,0）
搜索算法流程图如下所示：
3.2概要设计
1.①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structpoint,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
2.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（）
3.3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
3.4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
3.5测试结果
1.手动输入迷宫
2自动生成迷宫：
4．设计体会
通过本次的课程设计，使我学会了如何去组织代码量较大大程序。
与此同时，也使我学会了一些对代码量较大的的程序进行编写、连接、编译运行、以及调试和修改的技巧
这次的课程设计涉及到编程语言和数据结构的知识，要求和平时的实比相对较高。
从本次的课程设计可以检验我们对C语言和数据结构的掌握情况，同时也检验了我们对所学习过的知识的灵活运用情况。
在创新性方面，这次的课程设计虽然完成了课程设计的任务，但是缺乏创造性的设计思想，在以后的学习过程中还得继续努力。
5．参考文献
[1].严蔚敏编著.数据结构（C语言版）.清华大学出版社，2002
[2].朱战立.编著.数据结构——使用C语言.西安交通大学出版社，2004
[3].朱战立，张选平编著.数据机构学习指导和典型题解.西安交通大学出版社，2002
[4].苏小红，孙志岗等编著.C语言大学实用教程（第2版）.电子工业出版社，2008
[5].梁肇新编著.编程高手箴言.电子工业出版社，2003
附件：
#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（"☆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;
}
}
}
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