基于c语言的迷宫问题专业课程设计.docx
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基于c语言的迷宫问题专业课程设计
基于c语言的迷宫问题专业课程设计
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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"）;
}
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