基于c语言的迷宫问题课程设计.docx
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基于c语言的迷宫问题课程设计
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实践教学
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兰州理工大学
软件学院
2012年春季学期
算法与数据结构课程设计
题目:
迷宫问题
专业班级:
姓名:
学号:
指导教师:
成绩:
_______________
摘要
在现实生活中,会遇到很多很多关于迷宫这样很复杂、很难解决的问题的问题。
如果人工去解决这些问题,会很麻烦,花很长的时间,甚至无法解决。
假如用计算机去解决,可以通过手动生成迷宫,也可以通过计算机随机的产生迷宫,最终退出。
而且可以很快的求解迷宫,找到从入口到出口的通路,或者当没有通路时,得出没有通路的结论。
找出通路之后,会显示出通路路经,而且以图示的方式显示出通路,这样会使人一目了然的看清此迷宫的通路。
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。
关键词:
迷宫;通路;二维数组;路径
序言
随着社会经济的发展,信息化程度的不断深入,传统的人工求解迷宫问题已不能满足生活的需要。
近几年,随着迷宫问题越来越复杂、科技也越来越发达,人们逐渐的开始用计算机求解迷宫问题。
迷宫问题很复杂,但是人们又不得不去研究这个问题,因为人们的生活中需要它,离不开它。
在迷宫路径的搜索过程中,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。
一、需求分析
1.1功能与数据需求
问题描述:
以一个m×n的长方形表示迷宫,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。
1.1.1题目要求的功能
基本要求:
首先实现一个以链表作存储结构的栈类型,然后编写一个求解迷宫的非递归程序。
求得的通路以三元组(i,j,d)的形式输出,其中:
(i,j)指示迷宫中的一个坐标,d表示走到下一坐标的方向。
如:
对于下列数据的迷宫,输出的一条通路为:
(1,1,1),(1,2,2),(2,2,2)
(3,2,3),(3,1,2),…。
测试数据:
迷宫的测试数据如下:
左上角(1,1)为入口,右下角(9,8)为出口。
12345678
1.1.2扩展功能
(1)编写递归形式的算法,求得迷宫中所有可能的通路;
(2)以方阵形式输出迷宫及其通路
1.2界面需求
请求输入进入程序
请求输入起始位置
请求输入终点位置
输出方阵迷宫
输出路径
输出方阵路径
1.3开发环境与运行需求
VisualC++6.0
二、概要设计
2.1主要数据结构
图一.主流程图
2.2各模块函数说明
typedefstruct{
intpos_x[length];//进栈坐标
intpos_y[length];
inttop;
intbase;
}Stack;//新建结构体
voidinitStack(Stack*p)//初始化栈
Push(Stack*p,intx,inty,intd)//入栈具体操作Pop(Stack*p,intread[2],intd)//出栈并读出前一步的坐标initMaze(intMaze[10][9])//建立迷宫
Ways(Stack*p,intMaze[10][9],intrukou_x,intrukou_y,intchukou_x,intchukou_y,intd)//具体路径的求解menu();//调用菜单函数main();//实现迷宫求解的主函数
三、详细设计
迷宫的过程可以模拟为一个搜索的过程:
每到一处,总让它按左、右、上、下4个方向顺序试探下一个位置;如果某方向可以通过,并且不曾到达,则前进一步,在新位置上继续进行搜索;如果4方向都走不通或曾经到达过,则退回一步,在原来的位置上继续试探下一位置。
每前进或后退一步,都要进行判断:
若前进到了出口处,则说明找到了一条合适的通路;若退回到了入口处,则说明不存在合法的通路到达出口。
用一个二维指针数组迷宫表示迷宫,数组中每个元素取值“0”(表示通路)或“1”(表示墙壁)。
迷宫的入口点在位置(1,1)处,出口点在位置(m,n)处。
设计一个模拟走迷宫的算法,为其寻找一条从入口点到出口点的通路。
二维数组的第0行、第m+1行、第0列、第m+1列元素全置成“1”,表示迷宫的外墙;第1行第1列元素和第m行第m列元素置成“0”,表示迷宫的入口和出口;假设当前所在位置是(x,y)。
沿某个方向前进一步,它可能到达的位置最多有4。
四、测试
图二.进入迷宫
图三.查找路径
图四.退出迷宫
五、使用说明
5.1应用程序功能的详细说明
按提示输入数字1进入迷宫,输入迷宫入口,迷宫出口
5.2应用程序运行环境要求
MicrosoftVisualC++6.0
5.3输入数据类型、格式和内容限制
输入的数据都是整型(int),输入迷宫的数据间要用空格或回车隔开
六、总结提高
6.1课程设计总结
要能很好的掌握编程,仅仅通过简单的程序的编写是无法达成的,需要大量积累和深入研究才有可能。
就从这个迷宫问题求解来说,在迷宫求路径就需要使用链表的栈,靠出栈和进栈来存取路径数据.在程序的编写中也不能一味的向已有的程序进行模仿,而要自己摸索,去寻找最好的解决方法,只有带着问题去反复进行实践,才能更熟练的掌握和运用,当然,对现有的程序也要多去接触,因为有些程序是我们无法在短时间内想出来的.最重要的一点是持之以恒,要经常性的复习原来接触的程序,这样才能保证我们有足够的经验去面对程序问题.
6.2开发中遇到的问题和解决方法
问题:
在开始时迷宫求解的路径无法显示寻找路径所走的方向等问题。
解决方法:
在栈中增加一个变量d来表示方向,在寻找路径的时候判断下一个坐标点和本坐标点的关系。
在(x)行不变的情况下:
(y+1)列加一则表示坐标往右走了一步记为1、(y-1)列减一则表示坐标往左走了一步记为3;在(y)不变的情况下:
(x+1)行加一则表示坐标往下走了一步记为2、(x-1)行减一则表示坐标往上走了一步记为4;
6.3对自己完成课设完成情况的评价
经过本次课程设计,我深刻地明白了理论与实践应用相结合的重要性,并努力克服自己在分析复杂问题的弱点。
这次课程设计同时也考验我的综合运用所学知识的能力和操作能力。
参考文献
1严蔚敏,吴伟民.《数据结构(C语言版)》.清华大学出版社.
2严蔚敏,吴伟民.《数据结构题集(C语言版)》.清华大学出版社.
3《DATASTRUCTUREWITHC++》.WilliamFord,WilliamTopp.清华大学出版社(影印版).
4谭浩强.《c语言程序设计》.清华大学出版社.
5.数据结构与算法分析(Java版),APracticalIntroductiontoDataStructuresandAlgorithmAnalysisJavaEditionCliffordA.Shaffer,张铭,刘晓丹译 电子工业出版社2001年1月
致谢
在这样的一个程序设计中,靠一个人的单打独斗是不可能完成的。
在这次设计过程中,在开始的构思、设想,源代码编写时的提示,上机时精心的指点,有了老师和舍友以及身边同学的指导、意见和帮助,最终才完成了这个迷宫求解问题系统的设计与实现。
所以在这里要对以上老师及同学表示感谢,非常感谢他们的帮助。
而且在这次课程设计中我学习到了很多很多。
附录:
程序源代码
#include
#include
#include
#include
#definelength50
#defineddirection//用d代表所走路径的方向
intn=-1;
intstep=0;//记录步骤数
typedefstruct{
intpos_x[length];//进栈坐标
intpos_y[length];
inttop;
intbase;
}Stack;//新建结构体
voidinitStack(Stack*p)
{
p->top=p->base=0;
}//初始化栈.
Push(Stack*p,intx,inty,intd)//入栈具体操作
{
step++;
d=0;
n=n+1;
p->top=p->top+1;
p->pos_x[n]=x;
p->pos_y[n]=y;
}
Pop(Stack*p,intread[2],intd)//出栈并读出前一步的坐标
{
step++;
d=0;
n=n-1;
p->top=p->top-1;
read[0]=p->pos_x[n];
read[1]=p->pos_y[n];
}
initMaze(intMaze[10][9])//建立迷宫函数.
{
inti;
for(i=0;i<=9;i++){Maze[0][i]=1;}
for(i=0;i<=10;i++){Maze[i][0]=1;}
for(i=0;i<=9;i++){Maze[10][i]=1;}
for(i=0;i<=10;i++){Maze[i][9]=1;}
Maze[1][1]=0;Maze[1][2]=0;Maze[1][3]=1;Maze[1][4]=0;Maze[1][5]=0;Maze[1][6]=0;Maze[1][7]=1;Maze[1][8]=0;
Maze[2][1]=0;Maze[2][2]=0;Maze[2][3]=1;Maze[2][4]=0;Maze[2][5]=0;Maze[2][6]=0;Maze[2][7]=1;Maze[2][8]=0;
Maze[3][1]=0;Maze[3][2]=0;Maze[3][3]=0;Maze[3][4]=0;Maze[3][5]=1;Maze[3][6]=1;Maze[3][7]=0;Maze[3][8]=1;
Maze[4][1]=0;Maze[4][2]=1;Maze[4][3]=1;Maze[4][4]=1;Maze[4][5]=0;Maze[4][6]=0;Maze[4][7]=1;Maze[4][8]=0;
Maze[5][1]=0;Maze[5][2]=0;Maze[5][3]=0;Maze[5][4]=1;Maze[5][5]=0;Maze[5][6]=0;Maze[5][7]=0;Maze[5][8]=0;
Maze[6][1]=0;Maze[6][2]=1;Maze[6][3]=0;Maze[6][4]=0;Maze[6][5]=0;Maze[6][6]=1;Maze[6][7]=0;Maze[6][8]=1;
Maze[7][1]=0;Maze[7][2]=1;Maze[7][3]=1;Maze[7][4]=1;Maze[7][5]=1;Maze[7][6]=0;Maze[7][7]=0;Maze[7][8]=1;
Maze[8][1]=1;Maze[8][2]=1;Maze[8][3]=0;Maze[8][4]=0;Maze[8][5]=0;Maze[8][6]=1;Maze[8][7]=0;Maze[8][8]=1;
Maze[9][1]=1;Maze[9][2]=1;Maze[9][3]=0;Maze[9][4]=0;Maze[9][5]=0;Maze[9][6]=0;Maze[9][7]=0;Maze[9][8]=0;
}
Print()//打印出迷宫界面
{
intm,n,j,sum;
intMaze[10][9];
printf("迷宫(1代表墙即不通,0代表可通过)\n");
printf("");
for(j=1;j<=8;j++){printf("%4d",j);}
printf("\n");
for(m=0;m<=10;m++)
{
for(n=0;n<=9;n++)
{
printf("%4d",Maze[m][n]);
sum++;
if(sum%10==0)printf("\n");
}
}
}
Ways(Stack*p,intMaze[10][9],intrukou_x,intrukou_y,intchukou_x,intchukou_y,intd)//具体路径的求解函数
{
intx,y;
intread[2];
x=rukou_x;
y=rukou_y;
printf("第%d步:
",step);
printf("(%d,%d,%d)\n",x,y,d);
if(x==chukou_x&&y==chukou_y)
{
printf("到达出口坐标共走了%d步\n",step);return0;
}
elseif(Maze[x][y+1]==0){y=y+1;d=1;Push(p,x,y,d);Maze[x][y-1]=1;Maze[x][y]=1;}
elseif(Maze[x+1][y]==0){x=x+1;d=2;Push(p,x,y,d);Maze[x-1][y]=1;Maze[x][y]=1;}
elseif(Maze[x][y-1]==0){y=y-1;d=3;Push(p,x,y,d);Maze[x][y+1]=1;Maze[x][y]=1;}
elseif(Maze[x-1][y]==0){x=x-1;d=4;Push(p,x,y,d);Maze[x+1][y]=1;Maze[x][y]=1;}
else
{
Pop(p,read,d);
x=read[0];
y=read[1];
if(p->top==p->base){printf("找不到出口\n");return0;}
}
Ways(p,Maze,x,y,chukou_x,chukou_y,d);
return1;
}
menu()
{
printf("\t\t************************************\n");
printf("\t\t*欢迎进入课程设计*\n");
printf("\t\t*迷宫求解程序*\n");
printf("\t\t*菜单:
*\n");
printf("\t\t***进入迷宫***请输入1*\n");
printf("\t\t***退出迷宫***请输入2*\n");
printf("\t\t************************************\n");
}
intmain()
{
Stack*p;
StackS;
intMaze[10][9];//定义迷宫
intelem_1[1],elem_2[1],a,j;
intrukou_x,rukou_y,d=0;
intchukou_x,chukou_y;
intsum=0;
p=&S;
initMaze(Maze);
system("color5f");//dos窗口背景颜色函数
menu();//调用菜单函数
printf("请输入您的选择:
");
scanf("%d",&a);
if(a==1){
Print();//打印迷宫图
printf("请输入入口坐标:
");
scanf("%d",&elem_1[0]);
scanf("%d",&elem_1[1]);
rukou_x=elem_1[0];rukou_y=elem_1[1];
printf("请输入出口坐标:
");//迷宫入口坐标.
scanf("%d",&elem_2[0]);
scanf("%d",&elem_2[1]);
chukou_x=elem_2[0];chukou_y=elem_2[1];//迷宫出口坐标.
if(elem_1[0]>10||elem_1[1]>9||elem_2[0]>10||elem_2[1]>9||
elem_1[0]<0||elem_1[1]<0||elem_2[0]<0||elem_2[1]<0)
{
printf("输入的入口或出口坐标错误\n");}//首先判断输入坐标是否正确
else
{printf("\n");
printf("说明(x,y,z)x,y代表坐标点;\n");
printf("z代表上个坐标到达这个坐标所走的方向,0为初始值,1234分别代表向右、下、左、上方向\n");
printf("查找路径的具体步骤:
\n");
initStack(p);
Push(p,rukou_x,rukou_y,d);
Ways(p,Maze,rukou_x,rukou_y,chukou_x,chukou_y,d);
}
system("pause");
system("cls");
returnmain();
}
else{
printf("欢迎您的再次光临,再见!
\n");
}
system("pause");
}