完整word版迷宫问题的求解.docx
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完整word版迷宫问题的求解
程序设计与算法综合训练》设计报告1
学号：
E11514064姓名：
汪泓章年级：
大一专业：
计科
项目名称：
迷宫问题的求解完成日期：
2016年6月28日
1、需求分析
（1）问题描述：
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。
（2）基本要求：
1）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，对于教材第50页图3.4所示的迷宫，输出一条通路为：
（1，1，1），（1，2，2），（2，2，2），（3，2，3），（3，1，2），…。
2）编写递归形式的算法，求得迷宫中所有可能的通路。
3）以方阵形式输出迷宫及其通路。
4）按照题意要求独立进行设计，设计结束后按要求写出设计报告。
1输入输出的要求：
2（i）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表示走到下一个坐标的方向。
（ii）输出迷宫示意图
3程序所能达到的功能：
（i）实现一个以链表作存储结构的栈类型，以非递归算法求取所有通路和最短路径
（ii）以一个递归算法，对任意输入的迷宫矩阵（1代表不通，0代表通路）求出所有通路
2、概要设计
i）设计中非递归程序的模块结构图
图中方框表示函数，方框中指出函数名，箭头方向表示函数间的调用关系，虚线方框表示文件的组成
mgpath（）：
求解迷宫问题，即输出从（1，1）到（M，N）的全部路径和最短路径（包含最短路径长度）。
当找到一条路径时，不使用return语句退出，而是出栈一次，重新回溯走另一条路径，并用minlen记录最短路径长度，Path数组记录最短路径。
ii）程序的数据结构和数据库结构分析
设迷宫为m行n列，利用maze[m][n]来表示一个迷宫，maze[i][j]=0或1;其中：
0表示通路，1表示不通，当从某点向下试探时，中间点有4个方向可以试探，（见图）而四个角点有2个方向，其它边缘点有3个方向，为使问题简单化我们用maze[m+2][n+2]来表示迷宫，而迷宫的四周的值全部为1。
这样做使问题简单了，每个点的试探方向全部为4，不用再判断当前点的试探方向有几个，同时与迷宫周围是墙壁这一实际问题相一致。
图3增量数组move
iii、栈的设计
当到达了某点而无路可走时需返回前一点，再从前一点开始向下一个方向继续试探。
因此，压入栈中的不仅是顺序到达的各点的坐标，而且还要有从前一点到达本点的方向，即每走一步栈中记下的内容为（行，列，来的方向）。
对于图1所示迷宫，依次入栈为：
top—>
3,4,0
3,3,0
3,2,1
2,2,0
2,1,1
1,1,0
栈中每一组数据是所到达的每点的坐标及从该点沿哪个方向向下走的，对于图3迷宫，走的路线为：
（1,1）0（2,1）1（2,2）0（3,2）1（3,3）0（3,4）0（下脚标表示方向），当无路可走，则应回溯，对应的操作是出栈，沿下一个方向即方向继续试探。
栈中元素是一个由行、列、方向组成的三元组，栈元素的设计如下：
typedefstruct{
intx,y,d;/*横纵坐标及方向*/
}datatype;
栈的定义为：
SeqStacks;
iv、达某点，以避免发生死循环：
一种方法是另外设置一个标志数组mark[m][n]，它的所有元素都初始化为0，一旦到达了某一点（i,j）之后，使mark[i][j]置1，下次再试探这个位置时就不能再走了。
另一种方法是当到达某点（i,j）后使maze[i][j]置-1，以便区别未到达过的点，同样也能起到防止走重复点的目的，此处采用后一方法，算法结束前可恢复原迷宫。
3、详细设计
伪码设计
（1）栈初始化;
（2）将入口点坐标及到达该点的方向（设为-1）入栈
（3）while（栈不空）
{栈顶元素＝＞（x,y,d）
出栈;
求出下一个要试探的方向d++;
while（还有剩余试探方向时）
{if（d方向可走）
则{（x,y,d）入栈;
求新点坐标（i,j）;
将新点（i,j）切换为当前点（x,y）;
if（（x,ｙ）==（ｍ,n））结束;
else重置d=0;
}
elsed++;
}
}
算法如下：
intpath（int&maze，intm,intn,intmove）
//m,n为maze的一、二维长度，move为结构体数组存放了试探的4个方向坐标
{SeqStacks;
datetypetemp;
intx,y,d,i,j;
temp.x=1;temp.y=1;temp.d=-1;
Push_SeqStack（s，temp）;阿
while（!
Empty_SeqStack（s））{
Pop_SeqStack（s,＆temp）;
x=temp.x;y=temp.y;d=temp.d+1;
while（d<4）{
i=x+move[d].x;j=y+move[d].y;
if（maze[i][j]==0）{
temp={x,y,d};
Push_SeqStack（s,temp）;
x=i;y=j;maze[x][y]=-1;
if（x==m&&y==n）return1;/*迷宫有路*/
elsed=0;
}
elsed++;
}/*while（d<4）*/
}/*while（!
Empty_SeqStack（s））*/
return0;/*迷宫无路*/
}
栈中保存的就是一条迷宫的通路。
4、测试与分析
迷宫的测试数据如下：
左上角（1,1）为入口，右下角（8,9）为出口。
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
1
1
1
0
0
0
1
0
1
1
1
0
0
0
0
0
0
5、总结
这次的项目，加强了我动手、思考和解决问题的能力。
巩固和加深了对数据结构的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。
培养了我选用参考书，查阅手册及文献资料的能力。
培养独立思考，深入研究，分析问题、解决问题的能力。
通过实际编译系统的分析设计、编程调试，掌握应用软件的分析方法和工程设计方法。
6、附录：
源代码清单
非递归
#include
#include
#defineM9//行数
#defineN8//列数
#defineMaxSize100//栈最多元素个数
intmg[M+2][N+2]={//迷宫测试数据矩阵,左上角（1,1）为入口，右下角（9,8）为出口
{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},
{1,0,0,1,0,0,0,1,0,1},
{1,0,1,1,0,0,0,1,0,1},
{1,0,0,0,0,1,1,0,1,1},
{1,0,1,1,1,0,0,1,0,1},
{1,0,0,0,1,0,0,0,0,1},
{1,0,1,0,0,0,1,0,1,1},
{1,0,1,1,1,1,0,0,1,1},
{1,1,1,0,0,0,1,0,1,1},
{1,1,1,0,0,0,0,0,0,1},
{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1}
};
struct
{
inti;intj;intdi;
}Stack[MaxSize],Path[MaxSize];//定义栈和存放最短路径的数组
inttop=-1;//栈顶指针
intcount=1;//路径数计数
intminlen=MaxSize;//最短路径长度
voidmgpath（）//路径为:
（1,1）->（M,N）
{
inti,j,di,find,k;
top++;//进栈
Stack[top].i=1;
Stack[top].j=1;
Stack[top].di=-1;mg[1][1]=-1;//初始结点进栈
while（top>-1）//栈不空时循环
{
i=Stack[top].i;j=Stack[top].j;di=Stack[top].di;
if（i==M&&j==N）//找到了出口,输出路径
{
printf（"%4d:
",count++）;
for（k=0;k<=top;k++）
{//以三元组输出路径
printf（"（%d,%d,%d）",Stack[k].i,Stack[k].j,Stack[k].di）;
if（（k+1）%5==0）printf（"\n\t"）;//输出时每5个结点换一行
}
printf（"\n"）;
if（top+1{
for（k=0;k<=top;k++）
Path[k]=Stack[k];
minlen=top+1;
}
mg[Stack[top].i][Stack[top].j]=0;//让该位置变为其他路径可走结点
top--;
i=Stack[top].i;j=Stack[top].j;di=Stack[top].di;
}
find=0;
while（di<4&&find==0）//找下一个可走结点
{di++;
switch（di）
{
case0:
i=Stack[top].i-1;j=Stack[top].j;break;
case1:
i=Stack[top].i;j=Stack[top].j+1;break;
case2:
i=Stack[top].i+1;j=Stack[top].j;break;
case3:
i=Stack[top].i,j=Stack[top].j-1;break;
}
if（mg[i][j]==0）find=1;
}
if（find==1）//找到了下一个可走结点
{Stack[top].di=di;//修改原栈顶元素的di值
top++;Stack[top].i=i;Stack[top].j=j;Stack[top].di=-1;//下一个可走结点进栈
mg[i][j]=-1;//避免重复走到该结点
}
else//没有路径可走,则退栈
{
mg[Stack[top].i][Stack[top].j]=0;//让该位置变为其他路径可走结点
top--;
}
}
printf（"最短路径如下:
\n"）;
printf（"长度:
%d\n",minlen）;
printf（"路径:
"）;
for（k=0;k{
switch（Path[k].di）
{
case0:
printf（"（%d,%d,%s）",Path[k].i,Path[k].j,"↑"）;break;
case1:
printf（"（%d,%d,%s）",Path[k].i,Path[k].j,"→"）;break;
case2:
printf（"（%d,%d,%s）",Path[k].i,Path[k].j,"↓"）;break;
case3:
printf（"（%d,%d,%s）",Path[k].i,Path[k].j,"←"）;break;
case-1:
printf（"（%d,%d,%s）",Path[k].i,Path[k].j,"终点"）;break;
}
if（（k+1）%5==0）printf（"\n\t"）;//输出时每5个结点换一行
}
printf（"\n"）;
}
voidmain（）
{
printf（"迷宫所有路径如下:
\n"）;
printf（"三元组（i,j,di）,（i,j）表示迷宫中的一个坐标,di:
0↑;1→;2↓;3←;\n"）;
mgpath（）;
}
递归
#include
intflag=0;//flag用来标记是否路径全部走完
inta[12][12]={
{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},
{1,0,0,1,0,0,0,1,0,1},
{1,0,1,1,0,0,0,1,0,1},
{1,0,0,0,0,1,1,0,1,1},
{1,0,1,1,1,0,0,1,0,1},
{1,0,0,0,1,0,0,0,0,1},
{1,0,1,0,0,0,1,0,1,1},
{1,0,1,1,1,1,0,0,1,1},
{1,1,1,0,0,0,1,0,1,1},
{1,1,1,0,0,0,0,0,0,1},
{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1}
};
intgo（intx,inty）
{
a[x][y]=2;
if（（x==9&&y==8））//迷宫出口设置为9,8
flag=1;
if（flag!
=1&&a[x-1][y]==0）//判断向上是否有路
go（x-1,y）;//这个go（）纠结了好久，多了个return怎么都不行了
if（flag!
=1&&a[x][y+1]==0）//判断向右是否有路
go（x,y+1）;
if（flag!
=1&&a[x+1][y]==0）//判断向下是否有路
go（x+1,y）;
if（flag!
=1&&a[x][y-1]==0）//判断向左是否有路
go（x,y-1）;
if（flag!
=1）
a[x][y]=0;
returnflag;
}
voidmain（）
{
inti,j,k,l,q;
for（i=0;i<11;i++）//输出迷宫
{
for（j=0;j<12;j++）
{
if（a[i][j]==0）
printf（""）;
if（a[i][j]==1）
printf（"■"）;
}
printf（"\n"）;
}
printf（"\n"）;
if（go（1,1）==0）//设置了起始点为1,1
printf（"没有路径！
\n"）;
else
for（k=0;k<12;k++）//输出迷宫
{
for（l=0;l<12;l++）
{
if（a[k][l]==0）
printf（""）;
if（a[k][l]==1）
printf（"■"）;
if（a[k][l]==2）
printf（"●"）;
}
printf（"\n"）;
}
}
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