数据结构迷宫问题课程设计

数据结构课程设计报告设计题目：迷宫问题数据结构课程设计_班级：计科152学号：*********名：***南京农业大学计算机系数据结构课程设计报告内容一．课程设计题目迷宫问题以一个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。

要求：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。

二．算法设计思想1.需求分析（1）迷宫数据用一个二维数组int maze[row][col]来存储，在定义了迷宫的行列数后，用两个for循环来录入迷宫数据，并在迷宫周围加墙壁。

（2）迷宫的入口位置和出口位置可以由用户自己决定。

2.概要设计（1）主程序模块：void main(){int maze[row][col];struct mark start,end; //出入口的坐标int dir[4][2]={{0,1},{1,0},{0,-1},{-1,0}};//方向，依次是东西南北built_maze(maze);printf("请输入入口的横纵坐标：");scanf("%d,%d",&start.a,&start.b);printf("请输入出口的横纵坐标：");scanf("%d,%d",&end.a,&end.b);printf("0为东，1为南，2为西，3为北，-1为出路\n");maze_path(maze,dir,start,end);getchar();}（2）栈模块——实现栈抽象数据类型（3）迷宫模块——实现迷宫抽象数据类型，建立迷宫，找出迷宫的一条通路3.详细设计（1）坐标位置类型struct mark{int a,b; //迷宫a行b列为位置};（2）迷宫类型void built_maze(int maze[row][col])//按照用户输入的row行和col列的二维数组（元素值为0和1）//设置迷宫maze的初值，包括边上边缘一圈的值void maze_path(int maze[row][col],int dir[4][2],struct mark start,struct mark end)//求解迷宫maze中，从入口start到出口end的一条路径，//若存在，则返回TRUE；否则返回FALSE（3）栈类型struct element{int i,j,d; //坐标与方向};typedef struct Linkstack{element elem;struct Linkstack *next;}*SLinkstack;4.求迷宫路径为伪码算法void maze_path(int maze[row][col],int dir[4][2],struct mark start,struct mark end){int i,j,d;int x,y;element elem,E;SLinkstack L1,L2;initstack(L1);initstack(L2);maze[start.a][start.b]=2;elem.i=start.a;elem.j=start.b;elem.d=-1; //d=-1表示无方向push_stack(L1,elem);while(!stack_empty(L1)){pop(L1,elem);i=elem.i;j=elem.j;d=elem.d+1; //下一个方向while(d<4) //探索东西南北各个方向{x=i+dir[d][0];y=j+dir[d][1];if(x==end.a&&y==end.b&&maze[x][y]==0) //这里表示已经到了出口{elem.i=i;elem.j=j;elem.d=d;push_stack(L1,elem);elem.i=x;elem.j=y;elem.d=-1;push_stack(L1,elem);while(L1) //逆置序列，输出迷宫路径{pop(L1,E);push_stack(L2,E);}while(L2){pop(L2,E);printf("%3d%3d%3d\n",E.i,E.j,E.d);}return;}if(maze[x][y]==0){maze[x][y]=2; //标记走过这个点elem.i=i;elem.j=j;elem.d=d;push_stack(L1,elem);i=x;j=y;d=-1;}d++;}}printf("此迷宫无出路");}5.主函数和其他函数的伪码算法void main(){int maze[row][col];struct mark start,end; //出入口的坐标int dir[4][2]={{0,1},{1,0},{0,-1},{-1,0}};built_maze(maze); //方向，依次是东西南北printf("请输入入口的横纵坐标：");scanf("%d,%d",&start.a,&start.b);printf("请输入出口的横纵坐标：");scanf("%d,%d",&end.a,&end.b);printf("0为东，1为南，2为西，3为北，-1为出路\n");maze_path(maze,dir,start,end);getchar();}三．程序结构主程序built_maze maze_pathinitstack push_stack pop stack_empty四．实验结果与分析1.用户使用说明（1）本程序的运行环境为debug运行环境，执行文件为：19215225.cpp；（2）用VC++运行文件后出现以下窗口：点击运行程序（3）出现以下窗口后输入迷宫的行列数，回车；再继续输入迷宫的数据，1表示障碍，0表示通路；再输入入口坐标和出口坐标，回车。

就可以显示出迷宫路径。

2.测试结果（1）输入行列数：5,5输入迷宫数据为：0 0 0 1 11 1 0 1 10 0 0 1 00 1 1 0 00 0 0 0 0出口位置：1,1出口位置：5,5（2）输入行列数：4,9输入迷宫数据为：0 0 0 0 0 0 1 0 00 1 0 0 0 1 0 0 00 0 1 1 1 0 0 1 10 0 1 1 1 0 1 0 0输入入口坐标：1,1输入出口坐标：4,9（3）输入行列数：9,8输入迷宫数据为：0 0 1 0 0 0 1 00 0 1 0 0 0 1 00 0 0 0 1 1 0 10 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 10 1 1 1 1 0 0 11 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 输入入口坐标：1,1输入出口坐标：9,83.调试分析（1）在刚开始写完代码后，运行发现程序只能运行简单的一条直线的迷宫，在运行复杂的迷宫时，不会碰到死路（周围没有可探索的道路）就删除坐标往回到前坐标换方向探索。

最后我和同寝室同学一起探讨才发现程序中探索过的坐标没有标记，后来我将maze[x][y]=2将它作为标记才解决问题。

（2）程序中主要的两个算法：initmaze和maze_path的时间复杂度为O(m*n)，空间复杂度也为O(m*n)。

五．总结（收获与体会）通过这段时间的课程设计，我对数据结构和C语言的理解更加深刻了。

在实践过程中我遇到了不少问题，但通过阅读相关书籍、求问老师同学，最终也解决了不少问题。

这些问题也给了我相当多的收获。

但通过这段时间的学习和解决的这么多问题，我觉得我对这些知识的掌握比以前好了许多。

求解迷宫问题用的是“穷举求解”的方法。

从入口出发，沿着某一方向探索（这里我选择优先探索的是东面），若无障碍，继续往前走，否则眼原路返回，换个方向继续探索，直到将所有可能的通道都探索完为止。

所以需要用栈来保存从入口到当前位置的路径。

但因为之前在学习栈这一节的时候没学扎实，现在有很多知识都忘了。

所以在编写求解迷宫路径的算法的时候我觉得有些困难，后来经过一步步分析和借鉴书上的穷举法才把算法写出来。

但我还是除了许多错误，其中大部分是语法错误，这些最后都还是一一解决了。

而且除了加深了栈的学习，我还复习了以前大一学的C语言中的二维数组和for，while循环。

这次课程设计不仅是让我们加深了解数据结构的理论知识，更重要的是培养我们解决实际问题的能力，能在不断地遇到问题，不断地解决问题的过程中培养自己的专业思维。

所以我相信通过这次课程设计我们能够提升自己的分析、设计程序和编写程序的能力。

六．源程序#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#define row 100#define col 100struct mark{int a,b;};struct element{int i,j,d; //坐标与方向};typedef struct Linkstack{element elem;struct Linkstack *next;}*SLinkstack;int initstack(SLinkstack &L){L=NULL;return 1;}int stack_empty(SLinkstack L){if(L==NULL)return 1;elsereturn 0;}int push_stack(SLinkstack &L,element E){SLinkstack P;P=(SLinkstack)malloc(sizeof(Linkstack));P->elem=E;P->next=L;L=P;return 1;}int pop(SLinkstack &L,element &E){SLinkstack P;if(!stack_empty(L)){E=L->elem;P=L;L=L->next;free(P);return 1;}elsereturn 0;}void built_maze(int maze[row][col])//建立迷宫{int x,y;int m,n;printf("请输入迷宫的行列数（用逗号隔开）：");scanf("%d,%d",&m,&n);printf("请输入迷宫各行各列的数据（用空格隔开）：\n");for(x=0;x<m+2;x++){for(y=0;y<n+2;y++){if(x==0||x==m+1||y==0||y==n+1)//迷宫周围加墙壁maze[x][y]=1;elsescanf("%d",&maze[x][y]);}}printf("迷宫生成中……\n");printf("迷宫显示为：\n");for(x=0;x<m+2;x++){for(y=0;y<n+2;y++)printf("%3d",maze[x][y]);printf("\n");}}void maze_path(int maze[row][col],int dir[4][2],struct mark start,struct mark end){int i,j,d;int x,y;element elem,E;SLinkstack L1,L2;initstack(L1);initstack(L2);maze[start.a][start.b]=2; //标记起点坐标elem.i=start.a;elem.j=start.b;elem.d=-1; //d=-1表示无方向push_stack(L1,elem);while(!stack_empty(L1)){pop(L1,elem);i=elem.i;j=elem.j;d=elem.d+1; //下一个方向while(d<4) //探索东西南北各个方向{x=i+dir[d][0];y=j+dir[d][1];if(x==end.a&&y==end.b&&maze[x][y]==0){//这里表示已经到了出口elem.i=i;elem.j=j;elem.d=d;push_stack(L1,elem);elem.i=x;elem.j=y;elem.d=-1;push_stack(L1,elem);while(L1) //逆置序列，输出迷宫路径{pop(L1,E);push_stack(L2,E);}while(L2){pop(L2,E);printf("(%d,%d,%d)\n",E.i,E.j,E.d);}return;}if(maze[x][y]==0){maze[x][y]=2; //标记走过这个点elem.i=i;elem.j=j;elem.d=d;push_stack(L1,elem);i=x;j=y;d=-1;}d++;}}printf("此迷宫无出路");}void main(){int maze[row][col];struct mark start,end; //出入口的坐标int dir[4][2]={{0,1},{1,0},{0,-1},{-1,0}}; //方向，依次是东西南北printf("************************************************** *********************************************\n");printf("\t*************** 欢迎使用迷宫模拟程序***************\n");printf("************************************************** *********************************************\n");built_maze(maze);printf("请输入入口的横纵坐标：");scanf("%d,%d",&start.a,&start.b);printf("请输入出口的横纵坐标：");scanf("%d,%d",&end.a,&end.b);printf("0为东，1为南，2为西，3为北，-1为出路\n");maze_path(maze,dir,start,end);printf("按任意键继续");getchar();}。