数据结构深度与广度优先搜索迷宫问题.docx

1、数据结构深度与广度优先搜索迷宫问题数据结构深度与广度优先搜索：迷宫问题数据结构课程设计深度与广度优先搜索：迷宫问题专业Xxxxx学生姓名xxxxxx班级xxxxxxxxx 学号xxxxxxxxxxxxxxxxb)为什么指定mazeN+2N+2表示迷宫，而不是使用mazeNN来表示迷宫？原因是当老鼠跑到迷宫的边界点时就有可能跳出迷宫；而使用mazeN+2N+2就可以把迷宫的外面再包一层“1”，这样就能阻止老鼠走出格。c)老鼠再每一点都有8种方向可以走，分别是：North，NorthEast,East,SouthEast,East,South,SouthWest,West,NorthWest.可以

2、用数组move8来表示在每一个方向上的横纵坐标的偏移量，见表21。根据这个数组，就很容易计算出沿某个方向行走后的下一点的坐标。Namedir Movedir.vert Movedir.horiz N0-1 0 NE1-1 1 E20 1 SE31 1 S41 0 SW51 -1 W60 -1 NW60 -1 表21 8种方向move的偏移量d)迷宫问题可以用深度优先搜索方法实现。当老鼠当老鼠在迷宫中移动的时候，可能会有多种移动选择方向。程序需要记录并用栈来保存当前点的坐标，然后任意选取一个方向进行移动。由于应用栈保存了当前通道上各点的坐标，所以当前各方向上都走不通时可以返回上一个点，然后选择另

3、一个方向前进。可定义element结构用于存储每一步的横纵坐标和方向。 typedef struct short int row; short int col; short int dir; element;Element stackMAX _STACK_SIZE;根据表21可推算出每次移动后的坐标。设当前的坐标是(row,col),移动的方向是dir，移动后的点是next,则有next_row=row+movedir.vert;next_col=col+movedir.horiz;可用另一个二维数组markN+2来记录哪些点已经被访问过。当经过点mazerowcol时，相应地将markrow

4、col的值从0置为1。e)本程序支持自动生成迷宫。利用random(2)函数可随机产生0或1，来支持迷宫的自动生成。注意mazeNN和maze11一定要等于0，因为他们分别是起点和终点。f)如果找到了一条走出迷宫的路径，则需要在屏幕中打印出走出迷宫的信息。这里要用到graphics.h。为画出效果图，可使用circle()函数画圆，outtexttxy()函数标记文字，并用line()函数来划线。g)程序的主要函数如下：函数void add(int*top,element item)，将当前步的信息item压入到作为全局变量的栈stack(栈顶为top)中。函数element delete(i

5、nt * top)，返回stack中栈顶的元素。函数void path(void)，采用深度优先搜索算法，首先取出栈顶元素作为当前点选择一个方向前进到下一个点（如果能走得话）；然后，将下一个点压入栈，并将二维数组mark中对应的值改为1，表示该点已经走到了。反复执行上面两步，当走到一个点不能再走下去了（已经尝试了各个方向并失败），并且这个点不是终点，则这个点的上一个点会从栈中被跑抛出，从而“回朔”到上一点；当遇到终点时，程序结束，找到一条路径；当在程序循环过程中遇到栈为空，则说明该迷宫根本无法走到终点。3 设计实现/*This program can be compiled under VC6

6、.0*/#include #include #include #include#include#define N 8#define MAX_STACK_SIZE N*N /*最大栈容量 */#define TRUE 1#define FALSE 0#define LEN (300/N)/*结构体记录每一步的横坐标，纵坐标和方向*/typedef struct short int row; short int col; short int dir; element;element stackMAX_STACK_SIZE;/*结构体记录水平和垂直的偏移量*/typedef struct short

7、 int vert; short int horiz; offsets;offsets move8; /* 8个方向的move */int mazeN+2N+2; /*二维数组记录迷宫*/int markN+2N+2; /*记录迷宫中每点是否可到达*/int EXIT_ROW = N, EXIT_COL = N;/*在栈中加入一个元素*/void add(int *top, element item) if (*top = MAX_STACK_SIZE - 1) printf(The stack is full!n); return; stack+*top = item;/*返回栈中顶部的元素

8、*/element delete_top(int *top) if (*top = -1) printf(The stack is empty ! n); exit(1); return stack(*top)-;/*输出走出迷宫的路径*/void path(void) int i, j, k, row, col, next_row, next_col, dir, found = FALSE; int gd=VGA; int gm=VGAHI; /*-* | i - 用来循环计数 | | row , col - 当前位置的坐标 | | next_row - 移动后的位置的横坐标 | | nex

9、t_col - 移动后的位置的纵坐标 | | dir - 移动的方向 | | found - 标志路径是否发现 | *-*/ element position; int top = 0; mark11 = 1; /* maze11已经被走过了*/ stack0.row = 1; stack0.col = 1; stack0.dir = 1; /*第一步的状态*/ move0.vert = -1; move0.horiz = 0 ; move1.vert = -1; move1.horiz = 1 ; move2.vert = 0 ; move2.horiz = 1 ; move3.vert =

10、 1 ; move3.horiz = 1 ; move4.vert = 1 ; move4.horiz = 0 ; move5.vert = 1 ; move5.horiz = -1; move6.vert = 0 ; move6.horiz = -1; move7.vert = -1; move7.horiz = -1; initgraph(&gd,&gm,); /* 指定了八个方向*/ /*-* | 主要算法描述: | | 当stack不为空,移动到stack顶部的位置 | | 试着向各个方向移动，如果可以移动就移动到 | 下一个位置并把它标志成1。 | | 然后保存状态并加入到stack

11、中 | | 如果路径被破坏，或者不存在，就将其删除 | | 并返回到上一点继续遍历其他方向的点 | | 直到一条路径被发现。 | *-*/ while ( top -1 & !found) /*stack不为空*/ position = delete_top(&top); /*删除stack中的元素*/ row = position.row; col = position.col; dir = position.dir; while (dir 8 & !found) next_row = row + movedir.vert; next_col = col + movedir.horiz; i

12、f (next_row = EXIT_ROW & next_col = EXIT_COL) found = TRUE; /*发现路径*/ else if ( !mazenext_rownext_col & !marknext_rownext_col) /*如果这点没有被走过并且可以走*/ marknext_rownext_col = 1; /*设成1*/ position.row = row; position.col = col; position.dir = +dir; add(&top, position); /*加入到stack*/ row = next_row; col = next

13、_col; dir = 0; /* 移动到下一个点 */ else +dir; /*尝试其他方向*/ for(j=1;j=N;j+) for(k=1;k=N;k+) setcolor(WHITE); circle(j*LEN,k*LEN,10); setcolor(MAGENTA); outtextxy(j*LEN-2,k*LEN-2,mazekj?1:0); if (found) /* 如果发现路径，则打印出来*/ outtextxy(20,10,The path is:); setcolor(YELLOW); for (i=0; i top;i+) line(stacki.col*LEN,

14、 stacki.row*LEN,stacki+1.col*LEN,stacki+1.row*LEN); line(stacki.col*LEN, stacki.row*LEN,col*LEN,row*LEN); line(col*LEN, row*LEN,EXIT_COL*LEN,EXIT_ROW*LEN); else outtextxy(20,10,The maze does not have a path); /* 否则打印不存在信息*/void main() int i, j, c; srand(time(0); system(cls); for (i=0;iN+2;i+) maze0i

15、=1; mazei0=1; mazeN+1i=1; mazeiN+1=1; /* 将迷宫的四周设为1（墙壁） */ printf(Would you like to input the maze by youself?nYes or No?); c = getchar(); if(c=Y | c= y) printf(Enter the %d * %d maze:n,N,N); /*手动输入*/ for (i=1; iN+1; i+) for(j=1; jN+1; j+) scanf(%d,&mazeij); else printf(The maze is created by the com

16、puter:n); for (i=1; iN+1; i+) for(j=1; jN+1; j+) mazeij=rand()%2; mazeNN = 0; maze11 = 0; for(i=1;iN+1;i+) for(j=1;jN+1;j+) printf(%3d,mazeij); printf(n); path(); /* 调用函数path() */ getch();4测试方法4.1测试目的针对迷宫生成方式不同，本程序的测试分为两类：手动输入迷宫测试和计算机自动生成迷宫测试。另外，根据测试用例不同也可以分为两类：有解迷宫测试无解迷宫测试。即检查是否可以自动生成或手动生成一个m*n的迷宫，

17、并判断生成的迷宫图是否可从入口不经过重复点通过路“0”走向出口。4.2 测试输入a)按Y或y手动生成迷宫矩阵(有解迷宫)：先输入8*8的矩阵b)按任意键自动生成迷宫矩阵（有解迷宫）：c) 按任意键自动生成迷宫矩阵（无解迷宫）：4.3 正确输出不管是手动生成还是自动生成迷宫，走数字为零的点且不经过重复点走向出口。如果没有通路则失败。4.4 实际输出 a)给出的迷宫路线如图：b)对于自动生成电脑路线（有解迷宫），给出的迷宫路线：c) 对于有些自动生成的迷宫（无解迷宫），可能不可以完成走迷宫：4.5 错误原因走迷宫失败原因是从入口通向出口的路上被墙“1”给堵住了，则无法走向出口。即没有一条从入口到出

18、口的通路。5 分析与探讨5.1 测试结果分析 a.手动生成的迷宫图是由一个8*8的矩阵构成的，这是由最大栈容量MAX_STACK_SIZE决定的，0为路，1为墙，并且可以上、下、左、右、左上、左下、右上、右下行走，且不会走已经走过的点。最终从左上入口点开始到右下出口点结束。b.自动生成的迷宫图同样遵循迷宫行走法则。5.2 探讨与改进上述的实验代码及实验结果都是在vc中进行的。因为turbo c现在有很多人不用且我习惯用的是vc，所以我用vc写。教学中给的代码适合在turbo C中进行，从源代码到现在代码的改进以及为完成实验要求。需先在vc中安装graphics.h和graphics.lib文件

19、。并修改一些方法如random(2)改成rand()%2，clrscr()改成system(“cls”)，randomize()改成srand(time(0)，delete改为delete_top，并需加入time.h和conio.h文件。由此可见c和c+还是有区别的。安装了graphics文件后，vc能更好的绘制图。且最终的结果也是对的。6 设计小结在这次为期五个半天的课程设计里，也让我从中有所收获。虽说是五个半天，但在课后还是花了不少时间。首先就由于用的是C语言编写，所以又拿起了大一的C教材课本，以此来弥补一些知识，但最主要的还是数据结构教材。看教材中的程序时，发现一个程序设计就是算法与数

20、据结构的结合体，看程序有时都看不懂，更别提自己编译了，觉得自己在这方面需要掌握的内容还有很多狠多。在这次课程设计中，碰到了一个可以说是很巨大的难题，在编译的时候，用了很多编译软件，可是就是不行，“#include”,这其实是TC里的一个图形库，在visual C里编译时不行的，会显示有一个错误，但在turbo C 3.0也碰到了问题，代码不可以完全输入到编辑器中，导致最后还是无法运行。最后在网上找了有关的代码，安装了相关图形文件进去，试了试，对代码进行了改动，终于成功，期间问了同学，探讨问题，互帮互助，攻克难题。通过这段时间的课程设计，我认识到数据结构是一门比较难的课程。需要多花时间上机练习。这次的程序训练培养了我实际分析问题、编程和动手能力，使我掌握了程序设计的基本技能，提高了我适应实际，实践编程的能力。总的来说，这次课程设计让我获益匪浅，对数据结构也有了进一步的理解和认识。但也让我认识到我还有很多的不足，需要大量的学习，以此来达到能力的提高及熟练的应用。.7 参考文献浙江大学出版社，何钦铭，冯雁等，数据结构课程设计，2006年9月