迷宫求解 数据结构实训报告 附源代码迷宫与栈 小老鼠吃奶酪穷举求解.docx

1、迷宫求解 数据结构实训报告 附源代码 迷宫与栈 小老鼠吃奶酪穷举求解数据结构实训报告 设 计 题 目： 迷宫的求解（B） 系 别： XXXXXXXXXX 专 业 (方 向)： XXXXXXXX 年 级、 班： XXXXXXXXXXXX 学 生 姓 名： XXX 学 生 学 号： XXXXXX 指 导 教 师： XXX 日 期： XXXX年XX月XX号 （一）测试迷宫与栈问题可通的程序设计.10、11 （二）测试迷宫与栈问题不可通的程序设计.12六、 总结.12、13迷宫的求解一、系统开发的背景迷宫求解其实就是迷宫与栈的问题，训练老鼠在迷宫中寻找食物。于是，老鼠过迷宫问题就此产生，这是一个很有趣

2、的计算机问题，主要利用 “栈”是老鼠通过尝试的办法从入口穿过迷宫走到出口。迷宫只有两个门，一个叫做入口，另一个叫做出口。把一只老鼠从一个无顶盖的大盒子的入口处赶进迷宫。迷宫中设置很多隔壁，对前进方向形成了多处障碍，在迷宫的唯一出口处放置了一块奶酪，吸引老鼠在迷宫中寻找通路以到达出口。为了使迷宫更佳富有趣味性，按照设计要求，我还设置地雷，如果老鼠在前进的过程中踩到地雷，则要重新回到入口，继续寻找能吃到奶酪的通路。求解迷宫问题，即找出从入口到出口的路径。而数据结构则是数据的组织形式，可以用来表示特定的对象数据，在计算机中对数据的一种存储和组织形式，因此选用栈思想实现迷宫游戏的基本操作，也是我设计迷

3、宫求解的基本背景。二、系统分析与设计(一)系统分析：迷宫问题通常是用“穷举求解”方法解决，即从入口出发，顺着某个方向进行搜索，若能走通，则继续往前走；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。另外附加的老鼠踩地雷则类似于是在通路上埋藏的隐形墙，如果踩到到雷则返回起点，寻找下一条通路。栈是一个后进先出的结构，可以用来保存从入口到当前位置的路径。定义迷宫类型来存储迷宫数据，通常设定入口点的下标，出口点的下标，为处理方便起见，在迷宫的周围加一圈障碍，对于迷宫任何一个位置均约定为东、西、南、北四个方向，而东北、东

4、南、西北、西南则是需要利用到两个下标进行移动。(二)系统具体设计在某个点上，按照一定的顺序（在本程序中顺序为上、右、下、左，而东北、东南、西北、西南利用的是两个下标移动）对周围的墙、路进行判断（在本程序中分别用1、0代替），若周围某个位置为0，则移动到该点上，再进行下一次判断；若周围的位置都为1（即没有通路），则一步步原路返回并判断有无其他通路，然后再次进行相同的判断，直到走到终点为止，或者确认没有任何通路后终止程序，附加踩雷（在本程序中用5代替）则返回到起点重新寻找下一条通路，并显示踩雷路线。要实现上述算法，需要用到栈的思想。栈里面压的是走过的路径，若遇到死路，则将该位置（在栈的顶层）弹出，

5、再进行下一次判断；若遇到通路，则将该位置压栈并进行下一次判断。如此反复循环，直到程序结束。此时，若迷宫有通路，则栈中存储的是迷宫通路坐标的倒序排列，再把所有坐标顺序打印后，即可得到正确的迷宫通路，附加的踩雷则是相当于在通路上隐形了一道墙，踩雷，则从栈顶弹出，返回起点，再进行二次判断另一条通路。三、系统功能要求（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，输出一条通路为：（1，1，1），（1，2，2），（2，2，2），（3，2，3），（

6、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。（一）系统模块结构设计通过对系统功能的分析，迷宫与栈问题的功能如图1所示。 图1： 迷宫实现的主函数功能图通过上图的功能分析，把整个系统划分为2个模块：1、通过栈后进先出的结构，实现栈判断，首先判断栈是否为空，如果不为空，则实现栈中基本的入栈，出栈的实现。顺序栈是用一组地址连续的 内存单元依次保存栈中的运算规则，在链式存储中链表首部head指针所指向元素为栈顶元素，栈表尾部指向地址为NULL为栈底。2、借助函数的嵌套与使用，由while语句对整体进行控制，return语句控制跳出函数，判断在迷

7、宫中是否有出路，如果有出路，则通过东，西，南，北的方向进行路径的输出；如果无出路，则说明此迷宫不能走出。四、系统的设计与实现（一）在栈中实现迷宫的基本操作分析：首先输出表头，然后依次输入想要实现的步骤。功能图如图2所示。图2：迷宫的实现功能图该模块的具体代码如下所示。void Maze:lujing() int i, j, d; int a, b; lianzhan elem, e; PLStack S1, S2, S3; InitStack(S1); InitStack(S2); InitStack(S3); mazestart.xstart.y = 2; /入口点作上标记 elem.x =

8、 start.x; elem.y = start.y; elem.d = -1; /开始为-1 Push(S1, elem);again: while (!StackEmpty(S1) /栈不为空 有路径可走 Pop(S1, elem); i = elem.x; j = elem.y; d = elem.d + 1; /下一个方向 while (d4) /试探东南西北各个方向 a = i + diraddd0; b = j + diraddd1; if (mazeab = 5) while (S1) /逆置序列 并输出迷宫路径序列 Pop(S1, e); Push(S3, e); mazeab

9、 = 1; for (i = 0; i m; i+) for (j = 0; j n; j+) if (mazeab = 2) mazeab = 0; cout n0=东 1=南 2=西 3=北 4=走出迷宫nn通路为(横坐标,列坐标,方向)：n; while (S3) Pop(S3, e); Push(S1, e); cout e.x , e.y , e.d ; cout n你在 a , b 点踩到地雷了 endl; d = 0; goto again; if (a = end.x & b = end.y & mazeab = 0) /如果到了出口 elem.x = i; elem.y =

10、j; elem.d = d; Push(S1, elem); elem.x = a; elem.y = b; elem.d = 4; /方向输出为-1 判断是否到了出口 Push(S1, elem); cout n0=东 1=南 2=西 3=北 4=走出迷宫nn通路为(横坐标,列坐标,方向)：n; while (S1) /逆置序列 并输出迷宫路径序列 Pop(S1, e); Push(S2, e); while (S2) Pop(S2, e); cout e.x , e.y , e.d ; return; /选用return跳出两层循环 if (mazeab = 0) /找到可以前进的非出口的

11、点 mazeab = 2; /标记走过此点 elem.x = i; elem.y = j; elem.d = d; Push(S1, elem); /当前位置入栈 i = a; /下一点转化为当前点 j = b; d = -1; d+; cout 抱歉，小老鼠走投无路没有吃到奶酪！ elem = e; /将元素值置入结点数据域 p-next = S; /原栈顶结点昨晚新结点后继 S = p; /将新结点置为栈顶 return 1;int Maze:Pop(PLStack &S, lianzhan &e) /栈顶元素出栈 PLStack p; if (!StackEmpty(S) e = S-e

12、lem; p = S; S = S-next; delete p; /释放结点 return 1; else return 0;（三）整个系统的生成流程图N Y Y N Y Y N Y N N Y 五、程序测试与步骤（一）测试迷宫与栈问题的可通程序设计测试该函数使用的测试方法，测试的具体步骤，测试用例的选取，测试的结果。图4： 在测试中可以找到迷宫和踩雷路径（二）测试迷宫与栈问题的不可通程序设计测试该函数使用的测试方法，测试的具体步骤，测试用例的选取，测试的结果。图5： 在测试中并未找到迷宫路径六、总结迷宫求解首先实现了随机输入m和n的值，自己设定一个矩阵的行与列，在给定空间内控制了迷宫的范围

13、，再从电脑中输入“0”为通路，“1”为围墙显示出一个迷宫的雏形来，最终通过for循环给写好的迷宫加一个围墙，得到我们想要的结果，并且给定迷宫的入口和出口，从而寻找到迷宫的可同路径或者说入口处进入后，并不能找到可通路径从而退出。而我定义“5”为地雷，这样小老鼠就能愉快的踩雷回到起点了，重新进行下一步的通路探测。也可以循环使用此程序。系统在设计过程中我只考虑到了迷宫中给定入口和出口，在选择路径时仅有东、西、南、北，这四个方向寻找出口，而不是更加全面的在东南、东北、西南、西北，方向同时寻找迷宫的出路，因此这一点是我认为考虑很不周到的，但是我已经对这个功能有了初步设想，利用移动两次下标进行东南、东北、

14、西南、西北的方向实现，希望能够在今后的学习中更好的完善，让这个迷宫求解更加的充实。我的收获是这次的课程设计的内容是使用C+和数据结构来实现栈的应用，这对我来说是个很具有挑战性的任务，虽然只做了一个迷宫与栈的问题，而且运行起来有很大的局限性，但通过两星期的设计也从中学到了不少的东西，更多的了解到了课本中丰富的内容。数据结构是一门实践性较强的课程，为了学好这门课程，必须在掌握理论知识的同时，加强上机实践。同时再次深刻的了解了数据结构中数组与基本函数之间的调用，并且使用顺序结构，选择结构，循环结构的嵌套，根据实际问题的需要实现迷宫与栈问题。在本次课程设计中，我明白了理论与实际相结合的重要性，并提高了

15、自己组织数据及编写程序的能力，挺高了综合运用所学知识的能力。七、附件（代码、部分图表）#includeusing namespace std;#define M 20 /行#define N 20 /列int m, n;int diradd42 = 0, 1 , 1, 0 , 0, -1 , -1, 0 ; /行增量和列增量 方向依次为东西南北struct Zuobiao /定义迷宫内点的坐标类型 int x; int y;struct lianzhan /链栈元素 int x, y; /x行,y列 int d; /d为下一步的方向;typedef struct LStack /链栈 lian

16、zhan elem; struct LStack *next;*PLStack;/*栈函数*/class Mazepublic: Maze(); Maze(); int InitStack(PLStack &S); /构造空栈 int StackEmpty(PLStack S); /判断栈是否为空 int Push(PLStack &S, lianzhan e); /在栈中放入一个新的数据元素（进栈） int Pop(PLStack &S, lianzhan &e); /栈顶元素出栈 /*求迷宫路径函数*/ void lujing(); void initmaze(); void input(

17、);private: int mazeMN; struct Zuobiao start, end; /start,end入口和出口的坐标 ;int main() int s; Maze example; cout * endl; cout *小老鼠吃奶酪* endl; cout * endl; cout * endl; cout * endl; example.initmaze();/建立迷宫 example.input();/输入 example.lujing();/路径 cout endl; cout endl; cout endl; cout * endl; cout ; cin s;

18、if (s = 1) main(); else cout #GAME OVER！#n谢谢进入迷宫游戏！ elem = e; /将元素值置入结点数据域 p-next = S; /原栈顶结点昨晚新结点后继 S = p; /将新结点置为栈顶 return 1;int Maze:Pop(PLStack &S, lianzhan &e) /栈顶元素出栈 PLStack p; if (!StackEmpty(S) e = S-elem; p = S; S = S-next; delete p; /释放结点 return 1; else return 0;/*求迷宫路径函数*/void Maze:lujin

19、g() int i, j, d; int a, b; lianzhan elem, e; PLStack S1, S2, S3; InitStack(S1); InitStack(S2); InitStack(S3); mazestart.xstart.y = 2; /入口点作上标记 elem.x = start.x; elem.y = start.y; elem.d = -1; /开始为-1 Push(S1, elem);again: while (!StackEmpty(S1) /栈不为空 有路径可走 Pop(S1, elem); i = elem.x; j = elem.y; d = e

20、lem.d + 1; /下一个方向 while (d4) /试探东南西北各个方向 a = i + diraddd0; b = j + diraddd1; if (mazeab = 5) while (S1) /逆置序列 并输出迷宫路径序列 Pop(S1, e); Push(S3, e); mazeab = 1; for (i = 0; i m; i+) for (j = 0; j n; j+) if (mazeab = 2) mazeab = 0; cout n0=东 1=南 2=西 3=北 4=走出迷宫nn通路为(横坐标,列坐标,方向)：n; while (S3) Pop(S3, e); P

21、ush(S1, e); cout e.x , e.y , e.d ; cout n你在 a , b 点踩到地雷了 endl; d = 0; goto again; if (a = end.x & b = end.y & mazeab = 0) /如果到了出口 elem.x = i; elem.y = j; elem.d = d; Push(S1, elem); elem.x = a; elem.y = b; elem.d = 4; /方向输出为-1 判断是否到了出口 Push(S1, elem); cout n0=东 1=南 2=西 3=北 4=走出迷宫nn通路为(横坐标,列坐标,方向)：n;

22、 while (S1) /逆置序列 并输出迷宫路径序列 Pop(S1, e); Push(S2, e); while (S2) Pop(S2, e); cout e.x , e.y , e.d ; return; /选用return跳出两层循环 if (mazeab = 0) /找到可以前进的非出口的点 mazeab = 2; /标记走过此点 elem.x = i; elem.y = j; elem.d = d; Push(S1, elem); /当前位置入栈 i = a; /下一点转化为当前点 j = b; d = -1; d+; cout 抱歉，小老鼠走投无路没有吃到奶酪！ endl;/*建立迷宫*/void Maze:initmaze() int i, j; /迷宫行,列 cout m; cout n; cout *