迷宫问题课程设计论文.docx
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迷宫问题课程设计论文
摘要
本课题主要研究在C语言的基础上用栈和队列两种放过实现求解迷宫，迷宫用一个二维数组来表示。
求解迷宫通常用的是“穷举求解”的方法，即从入口出发，顺某一方向向前探索，若能走通，则继续往前进：
否则沿原路退回，换一个方向再继续探索；直至所有可能的通路都探索为止。
关键词：
迷宫；栈；队列；二维数组
1问题描述
设计一个简单迷宫程序，从入口出发，按某一方向向前探索，若能走通（未走过的），即某处可以到达，则到达新点，否则试探下一方向；若所有方向均没有通路，则沿原点返回前一点，换下一个方向在继续试探，直到所有可能的通路都探索到，或找到一条通路，或无路可走又返回到入口点。
并利用两种方法实现：
一种用栈实现，另一种用队列实现。
2需求分析
2.1课程设计目的
学生在教师指导下运用所学课程的知识来研究、解决一些具有一定综合性问题的专业课题。
通过课程设计（论文），提高学生综合运用所学知识来解决实际问题、使用文献资料、及进行科学实验或技术设计的初步能力，为毕业设计（论文）打基础。
2.2课程设计任务
（1）定义一个二维数组存放迷宫数据；
（2）画出查询模块的流程图；
（3）编写代码；
（4）程序分析与调试。
2.3设计环境
（1）WINDOWS2000/2003/XP/7/Vista系统
（2）VisualC++或TC集成开发环境
3概要设计
3.1数据结构设计
（1）迷宫类型
设迷宫为M行N列，利用maze[M][N]来表示一个迷宫，maze=0或1，其中0表示通路，1表示不通。
当从某点试探是，中间点有8个不同点可以试探，而四个角有3个方向，其他边缘点有5个方向，为使问题更容易分析我们用maze[M+2][N+2]来表示迷宫，而迷宫四周的值全部为1。
定义如下：
#defineM6/*迷宫的实际行*/
#defineN8/*迷宫的实际列*/
intmaze[M+2][N+2];
（2）队列的类型定义
队列的有关数据结构、试探方向等和栈的求解方法处理基本相同。
不同的是：
如何存储搜索路径。
在搜索过程中必须几下每一个可到达的坐标点，以便从这些点出发继续向四周搜索。
到达迷宫的出口点（m,n）后，为能够从出口沿搜索路径回溯直至入口，对于每一点，记下坐标点的同时，还要记下到达该点的前驱点，因此用一个结构体数组ele[MAX]作为队列的存储空间，因为每一点至少被访问一次，所以MAX至多等于m*n。
该结构体有三个域：
x、y和pre。
其中x、y分别为所到达点的坐标，pre为前驱点在elem中的下标。
除此之外，还需设定头、尾指针，分别指向队头，队尾。
类型定义如下：
typedefstruct//队的相关类型定义
{intx,y;
intpre;
}Elemtype;
typedefstruct//队列的类型定义
{Elemtypeelem[MAXSIZE];
intfront,rear;
intlen;
}SqQueue;
（3）队列的相关模块
定义函数DLmazepath（），利用队列实现迷宫求。
定义函数DLmazepath（），实现队列的迷宫路径输出。
定义函数InitQueue（），实现队列的初始化。
定义函数QueueEmpty（），判断队列是否为空，为空返回1，否则返回0.
定义函数GetHead（SqQueueq,Elemtype*e），实现队头元素的读取。
定义函数EnQueue（SqQueue*q,Elemtypee），实现入队操作。
定义函数DeQueue（SqQueue*q,Elemtype*e），实现出队操作。
定义函数Sprint（inta[M+2][N+2]），实现，迷宫的输出。
定义栈相关的函数见同伴的报告。
3.2系统流程图
（1）主函数
图3.1主函数流程图
（2）队列求解迷宫
图3.2队列求解迷宫流程图
4编码与实现
4.1分析
（1）主函数
voidmain（）
{
inta,i,j,maze2[M+2][N+2];/*构造一个迷宫*/
intmaze[M+2][N+2]={
{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},
{1,0,1,1,1,0,1,1,1,1},
{1,1,0,1,0,1,1,1,1,1},
{1,0,1,0,0,0,0,0,1,1},
{1,0,1,1,1,0,1,1,1,1},
{1,1,0,0,1,1,0,0,0,1},
{1,0,1,1,0,0,1,1,0,1},
{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1}};
itemmove[8]={{0,1},{1,1},{1,0},{1,-1},{0,-1},{-1,-1},{-1,0},{-1,1}};
/*坐标增量数组move的初始化*/
为使得程序更加人性化，更加友好，因此可将系统输出界面设置如下：
printf（"|*****************迷宫求解系统*****************|\n"）;
printf（"|1、栈方法求解迷宫的路径|\n"）;
printf（"|2、队列求解的迷宫路径|\n"）;
printf（"|3、退出系统|\n"）;
printf（"|*******************************************|\n"）;
printf（"\t\n\n请选择（0-3）:
"）;scanf（"%d",&a）;
while（a!
=3）
{switch（a）
{Case1:
Sprint（maze）;printf（“路径为：
\n"）;
Zmazepath（maze,move）;break;
Case2:
Sprint（maze2）;printf（"路径：
\n"）;
DLmazepath（maze2,move）;break;
default:
printf（"\t\t选择错误！
！
\n"）;
}
printf（"\t\n请选择（0-3）.....\n"）;scanf（"%d",&a）;
}
printf（"\n\t\t非常感谢您的使用!
\n"）;
}
（2）利用队列实现迷宫求解伪代码如下：
intDLmazepath_（intmaze[M+2][N+2],itemmove[8]）
/*采用队列的迷宫算法。
Maze[M+2][N+2]表示迷宫数组，move[8]表示坐标增量数组*/
{
队的初始化；
将入口点坐标及到达该点的方向（设为-1）入队；
while（队不为空）
{for（从1到8个方向）
求新坐标点坐标，并将可到达点分别入队；
if（点（x,y）为出口点）结束输出路径，迷宫有路；
当前点搜索完8个方向后出队；
}returno/*迷宫五路*/
}
voidDLprintpath（SqQueueq）//输出迷宫路径，队列中保存的就是一条迷宫的通路
{inti;i=q.rear-1;
do
{printf（"（%d,%d）<--",（q.elem[i]）.x,（q.elem[i]）.y）;
i=（q.elem[i]）.pre;
}
while（i!
=-1）
利用栈方法和队列方法用到的是同一个迷宫数组，
在使用栈方法实现迷宫求解时，为避免死循环改变了原来的迷宫数组的个别路径值，因此使用队列求解时不能得到相应的路径解，为避免此，我们可在用栈方法求解迷宫路径之前将数组赋值给另一个数组，这样队列求解迷宫时可以再原来不改变的迷宫数组下进行。
具体实现代码如下：
for（i=0;ifor（j=0;j{maze2[i][j]=maze[i][j];}
（3）队列的操作
voidInitQueue（SqQueue*q）/*队列的初始化*/
{将队中元素赋值为0；}
intQueueEmpty（SqQueueq）/*判队空*/
{if（队长度为0）返回1；
else返回0；
}
voidGetHead（SqQueueq,ElemType*e）/*读队头元素*/
{if（队的长度为0）输出提示队列为空；
else将队中值赋给e；
}
voidEnQueue（SqQueue*q,ElemTypee）/*入队*/
{
if（队列长度已满）输出提示；
else
{
将e中元素赋给队列；
队尾指针指向下一个元素；队长加1；
}
}
voidDeQueue（SqQueue*q,ElemType*e）/*出队*/
{
if（判队空）输出提示；
else{将队中元素赋给e；队头指向下一个元素；队长减1；}
}
4.2具体代码实现
#include
#include
#defineM6
#defineN8
#defineMAXSIZE100
#defineMAXM*N
typedefstruct//栈的相关类型定义
{
intx,y,d;//d下一步方向
}elemtype;
typedefstruct
{
elemtypedata[MAXSIZE];
inttop;
}Sqstack;
typedefstruct
{
intx,y;
}item;
typedefstruct//队的相关类型定义
{
intx,y;
intpre;
}Elemtype;
typedefstruct//队列的类型定义
{
Elemtypeelem[MAXSIZE];
intfront,rear;
intlen;
}SqQueue;
/*栈函数*/
voidInitStack（Sqstack*s）//构造空栈
{
s->top=-1;
}
intStackempty（Sqstacks）//判断栈是否为空
{
if（s.top==-1）return1;
elseeturn0;
}
voidpush（Sqstack*s,elemtypee）//入栈
{
if（s->top==MAXSIZE-1）
{printf（"Stackisfull\n"）;
return;
}
s->top++;
s->data[s->top].x=e.x;
s->data[s->top].y=e.y;
s->data[s->top].d=e.d;
}
voidpop（Sqstack*s,elemtype*e）//出栈算法
{
if（s->top==-1）
{
printf（"Stackisempty\n"）;
return;
}
e->x=s->data[s->top].x;
e->y=s->data[s->top].y;
e->d=s->data[s->top].d;
s->top--;
}
/*队函数*/
voidInitQueue（SqQueue*q）//队的初始化
{
q->front=q->rear=0;
q->len=0;
}
intQueueEmpty（SqQueueq）//判断队空
{
if（q.len==0）
return1;
elsereturn0;
}
voidGetHead（SqQueueq,Elemtype*e）//读队头元素
{
if（q.len==0）
printf（"Queueisempty\n"）;
else
*e=q.elem[q.front];
}
voidEnQueue（SqQueue*q,Elemtypee）//入队
{
if（q->len==MAXSIZE）
printf（"Queueisfull\n"）;
else
{
q->elem[q->rear].x=e.x;q->elem[q->rear].y=e.y;
q->elem[q->rear].pre=e.pre;q->rear=q->rear+1;
q->len++;
}
}
voidDeQueue（SqQueue*q,Elemtype*e）//出队
{
if（q->len==0）
printf（"Queueisempty\n"）;
else
{
e->x=q->elem[q->rear].x;e->y=q->elem[q->rear].y;
e->pre=q->elem[q->rear].pre;q->front=q->front+1;
q->len--;
}
}
voidSprint（inta[M+2][N+2]）
{
inti,j;
printf（"迷宫为：
\n"）;
for（i=0;i{
for（j=0;jprintf（"%2d",a[i][j]）;
printf（"\n"）;
}
}
voidZprintpath（Sqstacks）
{//输出迷宫路径，栈中保存的就是一条迷宫的通路
elemtypetemp;
printf（"（%d,%d）<--",M,N）;
while（!
Stackempty（s））
{
pop（&s,&temp）;
printf（"（%d,%d）<--",temp.x,temp.y）;
}
printf（"\n"）;
}
voidZmazepath（intmaze[M+2][N+2],itemmove[8]）
{//栈的迷宫求解输出
Sqstacks;
elemtypetemp;intx,y,d,i,j;
InitStack（&s）;//栈的初始化
temp.x=1;temp.y=1;temp.d=-1;
push（&s,temp）;
while（!
Stackempty（s））
{
pop（&s,&temp）;
x=temp.x;y=temp.y;d=temp.d+1;
while（d<8）
{
i=x+move[d].x;
j=y+move[d].y;
if（maze[i][j]==0）
{
temp.x=x;temp.y=y;temp.d=d;
push（&s,temp）;
x=i;y=j;
maze[x][y]=-1;
if（x==M&&y==N）
{
Zprintpath（s）;
return;
}
elsed=0;
}//if
elsed++;
}//while
}//while
return;
printf（"迷宫无路\n"）;return;
}
voidDLprintpath（SqQueueq）
{//输出迷宫路径，队列中保存的就是一条迷宫的通路
inti;
i=q.rear-1;
do
{
printf（"（%d,%d）<--",（q.elem[i]）.x,（q.elem[i]）.y）;
i=（q.elem[i]）.pre;
}while（i!
=-1）;
printf（"\n"）;
}
voidDLmazepath（intmaze1[M+2][N+2],itemmove[8]）
{//队列的迷宫求解
SqQueueq;
Elemtypehead,e;
intx,y,v,i,j;
InitQueue（&q）;//队列的初始化
e.x=1;e.y=1;e.pre=-1;
EnQueue（&q,e）;
maze1[1][1]=-1;
while（!
QueueEmpty（q））
{GetHead（q,&head）;
x=head.x;y=head.y;
for（v=0;v<8;v++）
{i=x+move[v].x;
j=y+move[v].y;
if（maze1[i][j]==0）
{e.x=i;e.y=j;e.pre=q.front;
EnQueue（&q,e）;
maze1[x][y]=-1;
}//if
if（i==M&&j==N）
{DLprintpath（q）;
return;
}
}//for
DeQueue（&q,&head）;
}//while
printf（"迷宫无路!
\n"）;
return;
}
voidmain（）
{inta,i,j,maze2[M+2][N+2];
intmaze[M+2][N+2]={
{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1},
{1,0,1,1,1,0,1,1,1,1},
{1,1,0,1,0,1,1,1,1,1},
{1,0,1,0,0,0,0,0,1,1},
{1,0,1,1,1,0,1,1,1,1},
{1,1,0,0,1,1,0,0,0,1},
{1,0,1,1,0,0,1,1,0,1},
{1,1,1,1,1,1,1,1,1,1}};/*构造一个迷宫*/
itemmove[8]={{0,1},{1,1},{1,0},{1,-1},{0,-1},{-1,-1},{-1,0},{-1,1}};
/*坐标增量数组move的初始化*/
for（i=0;ifor（j=0;j{maze2[i][j]=maze[i][j];}
printf（"|******************迷宫求解系统******************|\n"）;
printf（"||\n"）;
printf（"|1、栈求解迷宫的路径|\n"）;
printf（"||\n"）;
printf（"|2、队列求解的迷宫路径|\n"）;
printf（"||\n"）;
printf（"|3、退出系统|\n"）;
printf（"||\n"）;
printf（"|**********************************************|\n"）;
printf（"\t\n\n请选择（0-3）:
"）;scanf（"%d",&a）;
while（a!
=3）
{
switch（a）
{
case1:
Sprint（maze）;printf（"求解路径为：
\n"）;
Zmazepath（maze,move）;break;
case2:
printf（"求解路径为：
\n"）;
DLmazepath（maze2,move）;break;
default:
printf（"\t\t选择错误！
！
\n"）;
}
printf（"\t\n请选择（0-3）：
"）;scanf（"%d",&a）;
}
printf（"\n\t\t结束退出程序!
\n"）;
}
5测试分析
测试数据及结果如下：
（1）系统友好界面输出
图5.1进入系统界面运行结果
（2）选择1,运行结果输出如下：
图5.2迷宫以及使用栈求解迷宫路径的输出
（3）选择2、3运行结果如下：
图5.3迷宫以及使用队列求解迷宫路径的输出
（4）选择3运行结果如下：
图5.3退出程序
根据结果分析：
利用栈求得的路径不一定是最短路径，而用队列求得的路径是最短路径。
6课程设计总结
课程设计终于在本组组员共同的努力下完成了。
通过本次课程设计让我对栈和队列这一章的知识有了进一步了解，也让我知道了用栈和队列实现迷宫问题的基本原理，知道了栈和队列的不同存储结构的定义和算法描述，同时也学会了编写简单的迷宫问题的程序。
选了题目之后，我感觉题目之前已经做过一点相关的实验，本以为很快就能搞好，
但是，真正做起来才感觉没有那么简单，让我更加意识到自己的不足，我所知道的，所懂的太少了。
在刚开始编程的时候，我感到有点迷茫，虽然懂得了其相应的算法和思想，但是却不知道要怎样安排程序的结构、以及什么方法将其功能实现，更不知道要从哪里开始着手进行。
老师说的没错，我们平时的学习中程序练习太少，写的太少，什么事不可能一蹴而就，都是通过一点一滴的锻炼慢慢积累起来的。
所以我觉得在以后的学习中，我会更加注重实践，注重多练，多积累，为自己的以后工作打下结实的基础。
参考文献
[1]黄同成，黄俊民，董建寅．数据结构[M]．北京：
中国电力出版社，2008
[2]董建寅，黄俊民，黄同成．数据结构实验指导与题解[M]．北京：
中国电力出版社，2008
[3]严蔚敏，吴伟民.数据结构（C语言版）[M].北京：
清华大学出版社，2002
[4]刘振鹏，张晓莉，郝杰．数据结构[M]．北京：
中国铁道出版社，2003
致谢
在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的鼓励和帮助，在此，我表示衷心的感谢。
首先，我要感谢我的指导老师黄同城老师，他在课程设计上给予我的很大的帮助，指导课程设计的具体实现方向。
并且为我分析部分比较难懂的地方，让我把此次课程设计做得更加完善。
在此期间，我对迷宫问题有了更深刻的认识，而且也明白了很多做课程设计需要注意的地方，让我变得更严谨。
然后，我要感谢我们第一大组组员们，在组内讨论时，他们各抒己见，思路发散，讨论时锱铢必较，正是因为这份热情，我们对这次的课程设计充满了激情，方向也很明确。
在汇报进程的时候，组内积极讨论，相互竞争，优缺互补，让我们的课程设计更加完美，让我们自己在讨论中知道自己的优点，认识自己的缺点，不断完善自己。
最后，再次感谢一路上帮助过我的老师同学，没有你们的帮助，我无法完成这次任务，谢谢你们。
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