数据结构与及算法设计迷宫问题实验报告.docx
《数据结构与及算法设计迷宫问题实验报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《数据结构与及算法设计迷宫问题实验报告.docx(20页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
数据结构与及算法设计迷宫问题实验报告
《数据结构与及算法设计》
迷宫问题实验报告
——实验二
一、实验目的
本程序是利用非递归的方法求出一条走出迷宫的路径,并将路径输出。
首先由用户输入一组二维数组来组成迷宫,确认后程序自动运行,当迷宫有完整路径可以通过时,以0和1所组成的迷宫形式输出,标记所走过的路径结束程序;当迷宫无路径时,提示输入错误结束程序。
二、实验内容
用一个m*m长方阵表示迷宫,0和1分别表示迷宫中的通路和障碍。
设计一个程序对于任意设定的迷宫,求出一条从入口到出口的通路,或得出没有通路的结论。
三、程序设计
1、概要设计
(1) 设定栈的抽象数据类型定义
ADTStack{
数据对象:
D={ai|ai属于CharSet,i=1、2…n,n>=0}
数据关系:
R={|ai-1,ai属于D,i=2,3,…n}
基本操作:
InitStack(&S)
操作结果:
构造一个空栈
Push(&S,e)
初始条件:
栈已经存在
操作结果:
将e所指向的数据加入到栈s中
Pop(&S,&e)
初始条件:
栈已经存在
操作结果:
若栈不为空,用e返回栈顶元素,并删除栈顶元素
Getpop(&S,&e)
初始条件:
栈已经存在
操作结果:
若栈不为空,用e返回栈顶元
StackEmpty(&S)
初始条件:
栈已经存在
操作结果:
判断栈是否为空。
若栈为空,返回1,否则返回0
Destroy(&S)
初始条件:
栈已经存在
操作结果:
销毁栈s
}ADTStack
(2)设定迷宫的抽象数据类型定义
ADTyanshu{
数据对象:
D={ai,j|ai,j属于{‘’、‘*’、‘@’、‘#’},0<=i<=M,0<=j<=N}
数据关系:
R={ROW,COL}
ROW={|ai-1,j,ai,j属于D,i=1,2,…M,j=0,1,…N}
COL={|ai,j-1,ai,j属于D,i=0,1,…M,j=1,2,…N}
基本操作:
InitMaze(MazeType&maze,inta[][COL],introw,intcol){
初始条件:
二维数组inta[][COL],已经存在,其中第1至第m-1行,每行自第1到第n-1列的元素已经值,并以值0表示障碍,值1表示通路。
操作结果:
构造迷宫的整形数组,以空白表示通路,字符‘0’表示障碍
在迷宫四周加上一圈障碍
MazePath(&maze){
初始条件:
迷宫maze已被赋值
操作结果:
若迷宫maze中存在一条通路,则按如下规定改变maze的状态;以字符‘*’表示路径上的位置。
字符‘@’表示‘死胡同’;否则迷宫的状态不变
}
PrintMaze(M){
初始条件:
迷宫M已存在
操作结果:
以字符形式输出迷宫
}
}ADTmaze
(3)本程序包括三个模块
a、 主程序模块
voidmain()
{
初始化;
构造迷宫;
迷宫求解;
迷宫输出;
}
b、 栈模块——实现栈的抽象数据类型
c、 迷宫模块——实现迷宫的抽象数据类型
2、详细设计
(1)坐标位置类型:
typedefstruct{
introw; //迷宫中的行
intcol; //......的列
}PosType;//坐标
(2) 迷宫类型:
typedefstruct{
intm,n;
intarr[RANGE][RANGE];
}MazeType; //迷宫类型
void InitMaze(MazeType&maze,inta[][COL],introw,intcol)\
//设置迷宫的初值,包括边缘一圈的值
BoolMazePath(MazeType&maze,PosTypestart,PosTypeend)
//求解迷宫maze中,从入口start到出口end的一条路径
//若存在,则返回true,否则返回false
VoidPrintMaze(MazeTypemaze)
//将迷宫打印出来
(3) 栈类型:
typedefstruct{
int step; //当前位置在路径上的"序号"
PosType seat; //当前的坐标位置
DirectiveType di; //往下一个坐标位置的方向
}SElemType;//栈的元素类型
typedefstruct{
SElemType*base;
SElemType*top;
intstacksize;
}SqStack;
栈的基本操作设置如下:
VoidInitStack(SqStack&S)
//初始化,设S为空栈(S.top=NUL)
VoidDestroyStack(Stack&S)
//销毁栈S,并释放空间
VoidClearStack(SqStack&S)
//将栈S清空
IntStackLength(SqStack&S)
//返回栈S的长度
StatusStackEmpty(SqStack&S)
?
、若S为空栈(S.top==NULL),则返回TRUE,否则返回FALSE
StatueGetTop(SqStack&S,SElemTypee)
//r若栈S不空,则以e待会栈顶元素并返回TRUE,否则返回FALSE
StatuePop(SqStack&S,SElemTypee)
//若分配空间成功,则在S的栈顶插入新的栈顶元素s并返回TRUE
//否则栈不变,并返回FALSE
StatuePush(SqStack&S,SElemType&e)
//若分配空间程控,则删除栈顶并以e带回其值,则返回TRUE
//否则返回FALSE
VoidStackTraverse(SqStack&S,Status)(*Visit)(SElemTypee))
//从栈顶依次对S中的每个节点调用函数Visit
4求迷宫路径的伪码算法:
StatusMazePath(MazeType&maze,PosTypestart,PosTypeend){//求解迷宫maze中,从入口start到出口end的一条路径
InitStack(s);
PosTypecurpos=start;
intcurstep=1; //探索第一部
do{
if(Pass(maze,curpos)){ //如果当前位置可以通过,即是未曾走到的通道块
FootPrint(maze,curpos); //留下足迹
e=CreateSElem(curstep,curpos,1); //创建元素
Push(s,e);
if(PosEquare(curpos,end)) returnTRUE;
curpos=NextPos(curpos,1); //获得下一节点:
当前位置的东邻
curstep++; //探索下一步
}else{ //当前位置不能通过
if(!
StackEmpty(s)){
Pop(s,e);
while(e.di==4&&!
StackEmpty(s)){
MarkPrint(maze,e.seat);Pop(s,e); //留下不能通过的标记,并退回步
}
if(e.di<4){
e.di++;Push(s,e); //换一个方向探索
curpos=NextPos(e.seat,e.di); //设定当前位置是该方向上的相块
}//if
}//if
}//else
}while(!
StackEmpty(s));
returnFALSE;
}
//MazePath
四、程序调试分析
1.首先呢,想自己读入数据的,回来发现那样,很麻烦,所以还是事先定义一个迷宫。
2.栈的元素类型一开始有点迷惑,后来就解决了
3.本题中三个主要算法;InitMaze,MazePath和PrintMaze的时间复杂度均为O(m*n)本题的空间复杂度也是O(m*n)
五、用户使用说明
1.本程序运行在windows系列的操作系统下,执行文件为:
Maze_Test.exe。
六、程序运行结果
1.建立迷宫:
2.通过1功能建立8*8的迷宫后,通过2功能继续建立迷宫内部:
通过建立自己设定单元数目建立迷宫内墙。
3.通过3功能观察已建立的迷宫结构:
4.通过4功能确立迷宫起点和终点:
(此处像我们随机选择4,4和2,7分别为起点终点)
5.执行5功能,判断是否有路径走出迷宫:
这种情况无法走出迷宫。
我们再次观察图像设4,4和1,6分别为起点终点,再运行5功能。
观察到可以成功解开迷宫步数从1依次开始。
七、程序清单
#include
#include
#include
#include
//迷宫坐标位置类型
typedefstruct
{
intx;//行值
inty;//列值
}PosType;
#defineMAXLENGTH25//设迷宫的最大行列为25
typedefintMazeType[MAXLENGTH][MAXLENGTH];//迷宫数组[行][列]
typedefstruct//栈的元素类型
{
intord;//通道块在路径上的"序号"
PosTypeseat;//通道块在迷宫中的"坐标位置"
intdi;//从此通道块走向下一通道块的"方向"(0~3表示东~北)
}SElemType;
//全局变量
MazeTypem;//迷宫数组
intcurstep=1;//当前足迹,初值为1
#defineSTACK_INIT_SIZE10//存储空间初始分配量
#defineSTACKINCREMENT2//存储空间分配增量
//栈的顺序存储表示
typedefstructSqStack
{
SElemType*base;//在栈构造之前和销毁之后,base的值为NULL
SElemType*top;//栈顶指针
intstacksize;//当前已分配的存储空间,以元素为单位
}SqStack;//顺序栈
//构造一个空栈S
intInitStack(SqStack*S)
{
//为栈底分配一个指定大小的存储空间
(*S).base=(SElemType*)malloc(STACK_INIT_SIZE*sizeof(SElemType));
if(!
(*S).base)
exit(0);
(*S).top=(*S).base;//栈底与栈顶相同表示一个空栈
(*S).stacksize=STACK_INIT_SIZE;
return1;
}
//若栈S为空栈(栈顶与栈底相同的),则返回1,否则返回0。
intStackEmpty(SqStackS)
{
if(S.top==S.base)
return1;
else
return0;
}
//插入元素e为新的栈顶元素。
intPush(SqStack*S,SElemTypee)
{
if((*S).top-(*S).base>=(*S).stacksize)//栈满,追加存储空间
{
(*S).base=(SElemType*)realloc((*S).base,
((*S).stacksize+STACKINCREMENT)*sizeof(SElemType));
if(!
(*S).base)
exit(0);
(*S).top=(*S).base+(*S).stacksize;
(*S).stacksize+=STACKINCREMENT;
}
*((*S).top)++=e;
return1;
}
//若栈不空,则删除S的栈顶元素,用e返回其值,并返回1;否则返回0。
intPop(SqStack*S,SElemType*e)
{
if((*S).top==(*S).base)
return0;
*e=*--(*S).top;//这个等式的++*优先级相同,但是它们的运算方式,是自右向左
return1;
}
//定义墙元素值为0,可通过路径为1,不能通过路径为-1,通过路径为足迹
//当迷宫m的b点的序号为1(可通过路径),return1;否则,return0。
intPass(PosTypeb)
{
if(m[b.x][b.y]==1)
return1;
else
return0;
}
voidFootPrint(PosTypea)//使迷宫m的a点的序号变为足迹(curstep),表示经过
{
m[a.x][a.y]=curstep;
}
//根据当前位置及移动方向,返回下一位置
PosTypeNextPos(PosTypec,intdi)
{
PosTypedirec[4]={{0,1},{1,0},{0,-1},{-1,0}};//{行增量,列增量}
//移动方向,依次为东南西北
c.x+=direc[di].x;
c.y+=direc[di].y;
returnc;
}
//使迷宫m的b点的序号变为-1(不能通过的路径)
voidMarkPrint(PosTypeb)
{
m[b.x][b.y]=-1;
}
//若迷宫maze中存在从入口start到出口end的通道,则求得一条
//存放在栈中(从栈底到栈顶),并返回1;否则返回0
intMazePath(PosTypestart,PosTypeend)
{
SqStackS;
PosTypecurpos;
SElemTypee;
InitStack(&S);
curpos=start;
do
{
if(Pass(curpos))
{//当前位置可以通过,即是未曾走到过的通道块
FootPrint(curpos);//留下足迹
e.ord=curstep;
e.seat.x=curpos.x;
e.seat.y=curpos.y;
e.di=0;
Push(&S,e);//入栈当前位置及状态
curstep++;//足迹加1
if(curpos.x==end.x&&curpos.y==end.y)//到达终点(出口)
return1;
curpos=NextPos(curpos,e.di);
}
else
{//当前位置不能通过
if(!
StackEmpty(S))
{
Pop(&S,&e);//退栈到前一位置
curstep--;
while(e.di==3&&!
StackEmpty(S))//前一位置处于最后一个方向(北)
{
MarkPrint(e.seat);//留下不能通过的标记(-1)
Pop(&S,&e);//退回一步
curstep--;
}
if(e.di<3)//没到最后一个方向(北)
{
e.di++;//换下一个方向探索
Push(&S,e);curstep++;//设定当前位置是该新方向上的相邻块
curpos=NextPos(e.seat,e.di);
}
}
}
}while(!
StackEmpty(S));
return0;
}
//输出迷宫的结构
voidPrint(intx,inty)
{
inti,j;
for(i=0;i{
for(j=0;jprintf("%3d",m[i][j]);
printf("\n");
}
}
voidmain()
{
PosTypebegin,end;
inti,j,x,y,x1,y1,n,k;
do{
system("cls");//清屏函数
printf("**************************物联网1班-15180118-刘沛航*************************\n\n\n");
printf("1请输入迷宫的行数,列数\n");
printf("2请输入迷宫内墙单元数\n");
printf("3迷宫结构如下\n");
printf("4输入迷宫的起点和终点\n");
printf("5输出结果\n");
printf("0退出\n");
printf("\n\n请选择");
scanf("%d",&n);
switch(n)
{
case1:
{
printf("请输入迷宫的行数,列数(包括外墙):
(空格隔开)");
scanf("%d%d",&x,&y);
for(i=0;i{
m[0][i]=0;//迷宫上面行的周边即上边墙
m[x-1][i]=0;//迷宫下面行的周边即下边墙
}
for(j=1;j{
m[j][0]=0;//迷宫左边列的周边即左边墙
m[j][y-1]=0;//迷宫右边列的周边即右边墙
}
for(i=1;ifor(j=1;jm[i][j]=1;//定义通道初值为1
}break;
case2:
{printf("请输入迷宫内墙单元数:
");
scanf("%d",&j);
printf("请依次输入迷宫内墙每个单元的行数,列数:
(空格隔开)\n");
for(i=1;i<=j;i++)
{
scanf("%d%d",&x1,&y1);
m[x1][y1]=0;
}
}break;
case3:
{Print(x,y);printf("刘沛航建立的迷宫,定义墙元素值为0,可通过路径为1,输入0退出");scanf("%d",&k);}break;
case4:
{printf("请输入起点的行数,列数:
(空格隔开)");
scanf("%d%d",&begin.x,&begin.y);
printf("请输入终点的行数,列数:
(空格隔开)");
scanf("%d%d",&end.x,&end.y);}break;
case5:
{
if(MazePath(begin,end))//求得一条通路
{
printf("此迷宫从入口到出口的一条路径如下,谢谢使用刘沛航的程序:
\n");
Print(x,y);//输出此通路
}
else
printf("此迷宫没有从入口到出口的路径,谢谢使用刘沛航的程序\n");
printf("输入0退出");scanf("%d",&k);
}break;
}
}while(n!
=0);}