迷宫问题非递归求解数据结构c语言课程设计Word版.docx
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迷宫问题非递归求解数据结构c语言课程设计Word版
数据结构课程设计报告
题目：
迷宫问题非递归求解
2010年6月4日
一.实验内容………………………….3
二.需求分析……………………………3
三．总体设计……………………………4
四．详细设计……………………………6
五．代码……………………………10
六.测试…………………………….15
七.总结…………………………….17
一.实验内容
任务：
可以输入一个任意大小的迷宫数据，用非递归的方法求出一条走出迷宫的路径，并将路径输出；
要求：
二.需求分析
1.可以输入一个任意大小的迷宫数据，用非递归的方法求出一条走出迷宫的路径，并将路径输出；
要求：
使用非递归算法。
2.用户可以根据自己的需求进行输入所需的迷宫，其中1表示迷宫的墙壁，0表示迷宫的通路，从而建立自己的迷宫；
3.用户还可以自己设计迷宫的入口坐标，当然也可以设计出口了；
4.程序执行的命令包括：
（1）构造栈Stack,T描述迷宫中当前位置的结构类型,LinkNode链表结点三个类,其中Stack是Linknode的友元类.
（2）构造存取迷宫的二维指针GetMaze（int&m,int&n）
（3）恢复迷宫Restore（int**maze,intm,intn）（
4）在迷宫中寻找一条通路Mazepath（int**maze,intm,intn）
（5）输出所找到的通路PrintPath（）
（6）定义当前位置移动的4个方向move数组.
三．总体设计
存储结构：
首先用二维指针存储迷宫数据，迷宫数据由用户输入。
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递归或非递归程序。
求得的通路以三元组（i，j，d）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（东、南、西、北四个方向所用代表数字，自行定义）。
1．从入口出发，顺着某一个方向进行探索，若能走通，则继续往前进；否则沿着原路退回，换一个方向继续探索，直至出口位置，求得一条通路。
假如所有可能的通路都探索到而未能到达出口，则所设定的迷宫没有通路。
迷宫的入口点的下标为（1，1），出口点的下标为（m，n）。
为处理方便起见，可在迷宫的四周加一圈障碍。
对于迷宫的任一位置，均可约定有东、南、西、北四个方向可通。
经过的位置把0变为-1，带输出迷宫路径后在恢复迷宫院士为止
2.本程序有三个模块：
⑴主程序模块
⑵三个类模块即其对象：
实现栈链表抽象数据类型；
⑶迷宫二维指针单元模块：
存储迷宫,,寻路径,输出迷宫,恢复迷宫。
（二）流程图
四．详细设计
（一）.基本算法：
首先用二维指针存储迷宫数据，迷宫数据由用户输入。
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递归或非递归程序。
求得的通路以三元组（i，j，d）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（东、南、西、北四个方向所用代表数字，自行定义）。
迷宫的过程可以模拟为一个搜索的过程：
每到一处，总让它按东、南、西、北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，则说明找到了一条通路；若退回到了入口处，则说明不存在通路。
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；其余元素值用GetMaze函数获取.
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。
如果用二维数组move记录4方向上行下标增量和列下标增量，则沿第i个方向前进一步，可能到达的新位置坐标可利用move数组确定：
x=x+move[loop][0]
y=y+move[loop][1]
从迷宫的入口位置开始，沿图示方向顺序依次进行搜索。
定义一个栈，按从入口到出口存取路径.
在搜索过程中，每前进一步，如果有新位置入栈，则把上一个探索的位置存入栈中,当前位置”-1”（表示这个位置在通路上），并将该位置的坐标压入栈中。
如果没有新位置入栈，则返回到上一个位置.
到达出口后,最后一个位置入栈,输出路径,并回复路径.把-1变为0.
总之,入口出发，顺着某一个方向进行探索，若能走通，则继续往前进；否则沿着原路退回，换一个方向继续探索，直至出口位置，求得一条通路。
假如所有可能的通路都探索到而未能到达出口，则所设定的迷宫没有通路。
迷宫的入口点的下标为（1，1），出口点的下标为（m，n）。
为处理方便起见，可在迷宫的四周加一圈障碍。
对于迷宫的任一位置，均可约定有东、南、西、北四个方向可通。
（二）.为实现算法，需要类的象数据类型：
类及其对象:
类Stack对象成员如下:
Stack（）;构造函数，置空栈操作结果：
构造一个空的栈S。
Stack（）;析构函数
voidPush（Te）;把元素data压入栈中
TPop（）;使栈顶元素出栈
TGetPop（）;取出栈顶元素
voidClear（）;把栈清空
boolempty（）;判断栈是否为空，如果为空则返回1，否则返回0
T类迷宫中当前位置的结构类型:
T对象成员如下:
x;x代表当前位置的行坐标
y;y代表当前位置的列坐标
dir;0:
无效,1:
东,2:
南,3:
西,4:
北
LinkNode类链表结点:
对象成员如下:
友元类Stack
Tdata
LinkNode*next
（三）.函数调用关系
main
GetMazeMazepath
Empy（）GetPop（）Push（）PrintPath（）Restore（）
Pop（）GetPop（）Push（）
（四）算法的时间、空间复杂度
1）本算法在空间上主要开辟了一个二维指针，规模都是迷宫（m+2）*（n+2），一个是栈，一个是迷宫路径记录，输出时候调用栈，在恢复迷宫。
2）在时间上为简单的链表栈的存储结构，二维指针GetMaze,Restore两函数算法时间复杂度为O（（m+2）*（n+2））,Mazepath,PrintPath为O
（1）,（m为行数，n为列数）。
（五）UML图
五．代码
/*以一个m×n的长方阵表示迷宫，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。
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），…。
*/
#include
usingnamespacestd;
classT//定义描述迷宫中当前位置的结构类型
{
public:
intx;//x代表当前位置的行坐标
inty;//y代表当前位置的列坐标
intdir;//0:
无效,1:
东,2:
南,3:
西,4:
北
};
classLinkNode//链表结点
{
friendclassStack;
public:
Tdata;
LinkNode*next;
};
classStack
{
private:
LinkNode*top;//指向第一个结点的栈顶指针
public:
Stack（）;//构造函数，置空栈
~Stack（）;//析构函数
voidPush（Te）;//把元素data压入栈中
TPop（）;//使栈顶元素出栈
TGetPop（）;//取出栈顶元素
voidClear（）;//把栈清空
boolempty（）;//判断栈是否为空，如果为空则返回1，否则返回0
};
Stack:
:
Stack（）//构造函数，置空栈
{
top=NULL;
}
Stack:
:
~Stack（）//析构函数
{
}
voidStack:
:
Push（Te）//把元素x压入栈中
{
LinkNode*P;
P=newLinkNode;
P->data=e;
P->next=top;
top=P;
}
TStack:
:
Pop（）//使栈顶元素出栈
{
TTemp;
LinkNode*P;
P=top;
top=top->next;
Temp=P->data;
deleteP;
returnTemp;
}
TStack:
:
GetPop（）//取出栈顶元素
{
returntop->data;
}
voidStack:
:
Clear（）//把栈清空
{
top=NULL;
}
boolStack:
:
empty（）//判断栈是否为空，如果为空则返回1，否则返回0
{
if（top==NULL）return1;
elsereturn0;
}
intmove[4][2]={{0,1},{1,0},{0,-1},{-1,0}};//定义当前位置移动的4个方向
boolMazepath（int**maze,intm,intn）;
//寻找迷宫maze中从（0，0）到（m,n）的路径
//到则返回true,否则返回false
voidPrintPath（Stackp）;//输出迷宫的路径
voidRestore（int**maze,intm,intn）;//恢复迷宫
int**GetMaze（int&m,int&n）;//获取迷宫
//返回存取迷宫的二维指针
intmain（）
{
intm=0,n=0;//定义迷宫的长和宽
int**maze;//定义二维指针存取迷宫
maze=GetMaze（m,n）;//调用GetMaze（int&m,int&n）函数，得到迷宫
if（Mazepath（maze,m,n））//调用Mazepath（int**maze,intm,intn）函数获取路径
cout<<"迷宫路径探索成功!
\n";
elsecout<<"路径不存在!
\n";
return0;
}
int**GetMaze（int&m,int&n）//返回存取迷宫的二维指针
{
int**maze;//定义二维指针存取迷宫
inti=0,j=0;
cout<<"请输入迷宫的长和宽:
";
inta,b;cin>>a>>b;//输入迷宫的长和宽
cout<<"请输入迷宫内容:
\n";
m=a;
n=b;//m,n分别代表迷宫的行数和列数
maze=newint*
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