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
江西理工大学应用科学学院
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:
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
七、详细设计……………………………………………………………………….4
八、调试分析………………………………………………………………………..8
九、运行结果及分析……………………………………………………………….8
十、参考文献……………………………………………………………………….10
十一、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。
四、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
五．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];
六、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
升级会员 