迷宫最短路径.docx

1、迷宫最短路径 湖南工业大学课 程 设 计 计算机与通信 学院（系、部） 2012 2013 学年第 2 学期 课程名称 数据结构课程设计 指导教师 xxxx 职称 副教授 学生姓名 xxx 专业班级 计算机科学与技术 学号 xxxxxx 题 目 迷宫最短路径求法 成 绩 起止日期 2013 年 6 月 26 日 2013 年 6 月 27 日目 录 清 单序号材 料 名 称资料数量备 注1课程设计任务书12课程设计说明书13张456湖南工业大学课程设计任务书2012 2013 学年第 2 学期 计算机与通信学院 （系、部） 计算机科学与技术 专业 1203 班级课程名称： 数据结构课程设计 设

2、计题目： 求迷宫问题的最短路径 完成期限：自 2013 年 6 月 25 日至 2013 年 6 月 27 日共 周内容及任务一：设计的主要技术参数1、函数的调用 2、公用体、结构体3、循环语句和选择语句4、队列5、指针与数组的应用6、结构体的应用7：遍历三、设计工作量1、函数编码设计2、函数的调试及运行3、系统的调试一、设计内容：迷宫问题是实验心理学中的一个经典问题，心理学家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，心理学家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达到出口。我们要解决的是如何找到一条迷宫的最短路径。 二、

3、任务：掌握结构化程序设计的主体思想，以自顶向下逐步求精的方法编制程序解决一些实际的问题，为将来编写软件积累一些典型的案例处理经验。1.设计正确，方案合理。2.界面友好，使用方便。3.程序精炼，结构清晰。4.设计报告，含程序设计说明，用户使用说明，源程序清单及程序框图。5.上机演示。6.按学号顺序选课题号，并在规定的时间内独自完成相关课题的C源程序编写、调整和运行。源程序及编译生成各文件均保存在软盘中；7.按本任务书的要求，按附录的要求编写课程设计报告（Word文档格式）。并用A4的复印纸打印并装订。进度安排起止日期工作内容2013.06.252013.06.27选题及组内成员分任务，开始熟悉课

4、题并进行构思2013.06.25编写源程序、运行、修改2013.06.26编写文档并打印文稿主要参考资料1谭浩强. C语言程序设计（第三版）. 北京：清华大学出版社，20052数据结构实验教程. 北京：高等教育出版社，20053刘振鹏 罗文劼 石强 .数据结构（第三版）中国铁道出版社指导教师（签字）： 年 月 日系（教研室）主任（签字）： 年 月 日数据结构课程设计设计说明书 求迷宫的最短路径 起止日期： 2013 年 6 月 25 日 至 2013 年 6 月 27 日学生姓名xxx班级计算机科学与技术1203学号xxxx成绩指导教师(签字)计算机与通信学院（部）2013年 6 月 26 日

5、1 课程设计简介1.1课程设计的目的通过实验，掌握如下内容： 1：进一步掌握指针、模板类、异常处理的使用；2：掌握队列的操作和实现方法；3：学习使用队列解决实际问题的能力；4：学习使用图的广度优先搜索解决实际问题的能力。1.2课程设计内容 2利用数据结构的队列遍历求出迷宫问题的最短路径。迷宫求解问题如下：迷宫问题是实验心理学中的一个经典问题，心理学家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，心理学家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达到出口。我们要解决的是如何找到一条迷宫的最短路径。测试算法的迷宫由使用者设置，例如设

6、置的迷宫如下图所示 1.3程序功能 打印老鼠走出迷宫的最短路径 2.程序算法及功能分析2.1存储结构： 队列顺序存储示意图如下：2.2关键算法分析核心算法思想：1：如果采用直接递归的方式，用栈很容易实现路径的输出，但是这条路径不一定是最短路径，为了改变算法，达到输出最短路径的目的，采用队列的实现方式。2：为查找最短路径，使用了图中的广度搜索。算法的基本思路为：从迷宫入口点（1,1）出发，向四周搜索，几下所有一步能到达的坐标点；然后依次再从这些点出发，再几下所有一步能到达的坐标点；依此类推，直到到达迷宫的出口点（m,n）为止，然后从出口点沿着搜索路径回溯到入口。typedef struct in

7、t x,y; / 行、列坐标 int pre; / 链域sqtype;sqtype sqr; /作为队列的存储空间，记录被访问过的点关键算法思想的描述和实现：为寻求最短路径，采用广度优先搜索方法，使用队列实现路径存储，队列中每个元素用结构存储体系，包含迷宫坐标，队列中的序号，队首指针front,队尾指针rear,最后采用回溯的方法将路径打印出来。算法1：int SHORTPATH(int mazem2n2) /找迷宫maze的最短路径 int i,j,v,front,rear,x,y; sq1.x=1; /设定入口的行坐标 sq1.y=1; /设定入口的纵坐标 sq1.pre=0; front

8、=1; /进入迷宫时的队首指针 rear=1; /进入迷宫时的队尾指针 maze11=-1; /标记入口点已经到达算法2：遍历每个位置的四周，将没有走过的位置入队，形成树形的队列，通过出队操作就能找出最短路径 x=sqfront.x; y=sqfront.y; /(x，y)为出发点 for(v=0;v8;v+) /搜索(x,y)的8个相邻点(i,j)是否可到达 i=x+movev.x; j=y+movev.y; if(mazeij=0) /(i,j)为可到达点，将其入队 rear+; sqrear.x=i; sqrear.y=j; sqrear.pre=front; mazeij=-1; /标

9、记(i,j)已到达过的点 算法3：广度优先搜索算法的实现，找到最短路径。广度优先算法在此相当于树的层次遍历，如下图：在迷宫地图中，关键算法三通过不断调用算法二就能将地图中可以走的位置入队，形成类似上图的树形结构，之后广度搜索到的最浅深度即为最短路径。 if(mazeij=0) /(i,j)为可到达点，将其入队 rear+; sqrear.x=i; sqrear.y=j; sqrear.pre=front; mazeij=-1; /标记(i,j)已到达过的点 if(i=m)&(j=n) /到达出口 PRINTPATH(sq,rear); /打印路径 / RESTORE(maze); /恢复迷宫

10、return 1; /成功，返回1 算法4：使用队列指针查找队首指针的方式，从队尾回溯到队首，标记出最短路径。队列的元素示意如图：int SHORTPATH(int mazem2n2) /找迷宫maze的最短路径 int i,j,v,front,rear,x,y; sq1.x=1; sq1.y=1; sq1.pre=0; front=1; rear=1; maze11=-1; /标记入口点已经到达 while(front=rear) /队列非空 x=sqfront.x; y=sqfront.y; /(x，y)为出发点 for(v=0;v8;v+) /搜索(x,y)的8个相邻点(i,j)是否可到

11、达 i=x+movev.x; j=y+movev.y; if(mazeij=0) /(i,j)为可到达点，将其入队 rear+; sqrear.x=i; sqrear.y=j; sqrear.pre=front; mazeij=-1; /标记(i,j)已到达过的点 if(i=m)&(j=n) /到达出口 PRINTPATH(sq,rear); /打印路径 / RESTORE(maze); /恢复迷宫 return 1; /成功，返回1 front +; /出队，front指向新的出发点 / 队空循环结束 return 0; /迷宫无路径，返回0时间复杂度和空间复杂度算法一盒二的时间复杂度与空间

12、复杂度均为O（1）。算法三占用空间为迷宫边长n的平方，故空间复杂度为O（n*n）.最多走n*n步，最少走1步，故时间复杂度为O（n*n/2）。1用代码创建3个文件夹，用于存放数据。main() if(fp=fopen(c:book.txt,rb+)=NULL) printf(在c盘根目录下没有找到储存图书信息的book.txt文件n请选择 1-手动导入！ 2-创建此文件n); scanf(%d,&xuan); switch(xuan) case 2:if(fp=fopen(c:book.txt,wb+)!=NULL) printf(创建成功nn); break; case 1:printf(请

13、把名为book.txt的文件复制到c盘根目录下nn); if(fpj=fopen(c:jieyue.txt,rb+)=NULL) printf(在c盘根目录下没有找到储存借阅信息的jieyue.txt文件n请选择 1-手动导入！ 2-创建此文件n); scanf(%d,&xuan); switch(xuan) case 2:if(fpj=fopen(c:jieyue.txt,wb+)!=NULL) printf(创建成功nn); break; case 1:printf(请把名为jieyue.txt的文件复制到c盘根目录下nn); if(fps=fopen(c:student.txt,rb+)

14、=NULL) printf(在c盘根目录下没有找到储存学生信息的student.txt文件n请选择 1-手动导入！ 2-创建此文件n); scanf(%d,&xuan); switch(xuan) case 2:if(fps=fopen(c:student.txt,wb+)!=NULL) printf(创建成功nn); break; case 1:printf(请把名为student.txt的文件复制到c盘根目录下nn); 2,。进入界面void menu()/菜单 system(cls); printf(nn); printf( * 欢迎进入图书管理查询系统 *n); for(i=0;i80

15、;i+) printf(#); printf(n); printf(tt1-图书录入ttt); printf(2-图书浏览nn); printf(tt3-图书查询ttt); printf(4-修改删除图书nn); printf(tt5-借阅图书ttt); printf(6-归还图书nn); printf(tt7-借阅查询tttn); printf(ntttt输入其他任意键退出n); printf(n); for(i=0;i80;i+) printf(#); printf(nn);2录入图书，输入图书的8种信息，图书名，图书编号，图书作者，出版日期，价格，出版社，类别，入库，成功后返回主菜单。v

16、oid end()/录入图书 system(cls); bo boo,booq; printf(请输入图书名(最多十个字符)：); scanf(%s,boo.name); do i=1; printf(请输入图书编号(最多十个字符)：); scanf(%s,boo.num); fread(&booq,sizeof(bo),1,fp); while(!feof(fp) if(strcmp(booq.num,boo.num)=0) printf(n该编号已存在请重新输入nn); i=0; break; fread(&booq,sizeof(bo),1,fp); rewind(fp); while(

17、i=0); printf(请输入图书作者(最多十个字符)：); scanf(%s,boo.writer); printf(请输入图书出版日期（例如2001年5月3日出版则输入20010503）：); scanf(%d,&boo.date); printf(请输入图书价格：); scanf(%f,&boo.price); printf(请输入图书出版社(最多十个字符)：); scanf(%s,boo.press); printf(请输入图书类别(最多十个字符)：); scanf(%s,boo.leibie); printf(请输入图书入库数：); scanf(%d,&boo.kucun); bo

18、o.jiechu=0; getchar(); fseek(fp,0,2); fwrite(&boo,sizeof(bo),1,fp); printf(n录入成功！回到主菜单); system(pause); 9 其他键自动退出学了一个学期的C语言，功底还不扎实，再说C语言学的也并不好，刚做课程实际时，觉得自己肯定无法完成这项工作的，但经过慢慢的尝试探索，不断的发现错误改正错误，还是将其完成了，虽然并不完美近一个礼拜中,我们有过山穷水尽的困惑；有过柳暗花明的惊喜；有过唇枪舌剑的辩论；有过相互鼓励的安慰。一个多礼拜的时间我们经历了很多，也收获了很多。与其说它是体力与脑力的作业，不如说它是合作精神和

19、毅力的考验。经过这次课程设计，我学到了很多知识和技能，并学会了用所学的知识解决实际问题。同过本次的课程设计，巩固了我的C语言知识，发现了自身的诸多不足之处，总之，这是一次很好的锻炼机会参考文献4谭浩强. C语言程序设计（第三版）. 北京：清华大学出版社，20055廖雷、罗代忠. C语言程序设计基础实验教程. 北京：高等教育出版社，20056谭浩强. C程序设计解题与上机指导(第三版) . 北京：清华大学出版社，20057廖雷等. C语言程序设计基础. 北京：高等教育出版社，20048谭浩强，张基温，唐永炎. C语言程序设计教程. 北京: 高等教育出版社，2003附源代码#include#inc

20、lude#includeFILE *fp,*fpj,*fps;int i,xuan;typedef struct book char name10; char num10; char writer10; int date; char press10; float price; char leibie10; int kucun; int jiechu;bo;typedef struct student char name10; char num10; int jie;st;typedef struct jieyue char snum10; char bnum10;ji;void menu()/

21、菜单 system(cls); printf(nn); printf( * 欢迎进入图书管理查询系统 *n); for(i=0;i80;i+) printf(#); printf(n); printf(tt1-图书录入ttt); printf(2-图书浏览nn); printf(tt3-图书查询ttt); printf(4-修改删除图书nn); printf(tt5-借阅图书ttt); printf(6-归还图书nn); printf(tt7-借阅查询tttn); printf(ntttt输入其他任意键退出n); printf(n); for(i=0;i80;i+) printf(#); pr

22、intf(nn);void end()/录入图书 system(cls); bo boo,booq; printf(请输入图书名(最多十个字符)：); scanf(%s,boo.name); do i=1; printf(请输入图书编号(最多十个字符)：); scanf(%s,boo.num); fread(&booq,sizeof(bo),1,fp); while(!feof(fp) if(strcmp(booq.num,boo.num)=0) printf(n该编号已存在请重新输入nn); i=0; break; fread(&booq,sizeof(bo),1,fp); rewind(f

23、p); while(i=0); printf(请输入图书作者(最多十个字符)：); scanf(%s,boo.writer); printf(请输入图书出版日期（例如2001年5月3日出版则输入20010503）：); scanf(%d,&boo.date); printf(请输入图书价格：); scanf(%f,&boo.price); printf(请输入图书出版社(最多十个字符)：); scanf(%s,boo.press); printf(请输入图书类别(最多十个字符)：); scanf(%s,boo.leibie); printf(请输入图书入库数：); scanf(%d,&boo.

24、kucun); boo.jiechu=0; getchar(); fseek(fp,0,2); fwrite(&boo,sizeof(bo),1,fp); printf(n录入成功！回到主菜单); system(pause);void print()/浏览图书 system(cls); bo boo; printf(书名 编号 作者 价格 出版社 类别 原始库存 借出n); fread(&boo,sizeof(bo),1,fp); while(feof(fp)=0) printf(%-10s%-10s%-10s%-10.2f%-10s%-10s%-10d%-4dn,boo.name,boo.n

25、um,boo.writer,boo.price,boo.press,boo.leibie,boo.kucun,boo.jiechu); fread(&boo,sizeof(bo),1,fp); printf(n浏览图书完毕！回到主菜单); system(pause);int dui(char *p,char *p1)/对比两个字符串的相关度（用于精确搜索） int bao=0,fan=1; for(i=0;i(int)strlen(p1)-bao+1) return 0; else for(i=0;i(int)strlen(p);i+) if(pi!=p1bao+i) fan=0; retur

26、n fan;void find()/查询图书 system(cls); char hao10; int fan=1; int bian=1; bo boo; printf(请选择查询类型：nntt1-按图书编号模糊查询 2-按图书名关键字查询n); printf( ntt3-按图书编号精确查询 4-按图书名精确查询nn代码：); scanf(%d,&xuan); if(xuan=1) printf(请输入编号(最多十个字符)：); scanf(%s,hao); printf(序号 书名 编号 作者 价格 出版社 类别 原始库存 借出n); fread(&boo,sizeof(bo),1,fp); while(!feof(fp) fan=dui(hao,boo.num); if(fan=1) printf(%-5d%-10s%-10s%-