数据结构 迷宫问题 课程设计报告格式

数据结构C++课程设计一、设计题目综合实验九迷宫问题一、实验目的：（1）熟练掌握链栈的基本操作及应用。

（2）利用链表作为栈的存储结构，设计实现一个求解迷宫的非递归程序。

二、实验内容：【问题描述】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，对信任意设定的迷宫，求出一条从入口到出口的通路，或得出没有通路的结论。

【基本要求】首先实现一个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。

如：对于下列数据的迷宫，输出的一条通路为：（1，1，1），（1，2，2），（2，2，2），（3，2，3），（3，1，2），……。

【测试数据】迷宫的测试数据如下：左上角（1，1）为入口，右下角（8，9）为出口。

1 2 3 4 5 6 7 80 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 00 0 0 1 0 0 0 00 1 0 0 0 1 0 10 1 1 1 1 0 0 11 1 0 0 0 1 0 11 1 0 0 0 0 0 0【实现提示】计算机解迷宫通常用的是“穷举求解”方法，即从入口出发，顺着某一个方向进行探索，若能走通，则继续往前进；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则未能到达出口，则所设定的迷宫没有通解。

可以二维数组存储迷宫数据，通常设定入口点的下标为（1，1），出口点的下标为（n,n）。

为处理方便起见，可以迷宫的四周加一圈障碍。

对于迷宫任一位置，均可约定有东、南、西、北四个方向可通。

【选作内容】（１）编写递归形式的算法，求得迷宫中所有可能的通路；（２）以方阵形式输出迷宫及其通路。

二、小组成员分工说明基本上是各自独立完成。

三、需求分析1）运行环境（软、硬件环境）Windows XP环境下、Microsoft visual C++ 6.0版、512M内存、80G硬盘容量2）输入的形式和输入值的范围int** GetMaze(int &m,int &n){int **maze; //定义二维指针存取迷宫int i=0,j=0;cout<<"请输入迷宫的长和宽:";int a,b;cin>>a>>b; //输入迷宫的长和宽cout<<"请输入迷宫内容:\n";m=a;n=b; //m,n分别代表迷宫的行数和列数maze=new int *[m+2]; //申请长度等于行数加2的二级指针for(i= 0;i<m+2;i++) //申请每个二维指针的空间{maze[i]=new int[n+2];}for(i=1;i<=m;i++) //输入迷宫的内容，1代表可通，0代表不通for(j=1;j<=n;j++)cin>>maze[i][j];for(i=0;i<m+2;i++)maze[i][0]=maze[i][n+1]=1;for(i=0;i<n+2;i++)maze[0][i]=maze[m+1][i]=1;return maze; //返回存贮迷宫的二维指针maze};以二维数组的形式，，一行一行的输入，定义二维指针来存储输入的二维数组，这样就能灵活的自定义数组范围。

本题中二维数组为9行8列，因为入口为（1,1）,在外面多加一圈障碍（2行2列）都赋值为1。

3）输出的形式描述括号内的内容分别表示为(行坐标,列坐标,数字化方向,方向)，由这些数据可以得到此迷宫的一条通路。

cout<<'('<<data.x<<','<<data.y<<','<<data.dir<<","; //输出行坐标，列坐标switch(data.dir) //输出相应的方向 {case 1:cout<<"↓)\n";break;case 2:cout<<"→)\n";break;case 3:cout<<"↑)\n";break;case 4:cout<<"←)\n";break;case 0:cout<<")\n";break;1：南 2：东 3：北 4：西4）功能描述三个类：class T 定义描述迷宫中当前位置的数据类型其公有变量为：x(行坐标)、y（列坐标）、dir(东南西北四个方向) Class LinkNode 链表结点定义其公有变量为：T data, next域Class Stack 链栈存储定义及功能实现主要函数功能：创建栈、进栈、出栈、取栈顶值、清空栈等。

int** GetMaze(int &m,int &n) 存取迷宫的二维指针函数，申请11行10列的指针空间，输入二位数组的内容，输入形式如上。

完成后返回二维指针，得到二维数组。

bool Mazepath(int **maze,int m,int n)寻找迷宫maze中从（0，0）到（m,n）的路径，到则返回true,否则返回false。

定义两个栈p,q，分别存储比较过程和存储路径，如果x行y列有元素值为0，则xy进栈p,并设maze[x][y]=-1.当没有新元素进栈p时，说明当前元素周围没有路径可以通过，让其出栈，直到退回到有路径可以再走的元素那里，然后再判断此路是否能通下去。

循环反复，判断能否走到最后。

void Restore(int **maze,int m,int n) 用于恢复判断路径时被设为-1的值变为0。

void PrintPath(Stack q) 把函数Mazepath生成的栈p出栈，后存入另一定义的栈t，逐一比较存入t的值和p栈顶的值，即可得出四个方向。

然后输出。

int main() 主函数5）测试数据1 2 3 4 5 6 7 80 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 00 0 0 1 0 0 0 00 1 0 0 0 1 0 10 1 1 1 1 0 0 11 1 0 0 0 1 0 11 1 0 0 0 0 0 0四、概要设计1）抽象数据类型定义描述（对各类的成员及成员函数进行抽象描述，参见书或ppt及实验）① ADT T isData当前位置的行坐标、当前位置的列坐标、走到下一位置的方向end ADT T② ADT Linknode isData数据域、指针域OperationLinknode //构造函数用于构造结点end ADT LinkNode③ ADT Stack isData栈顶指针OperationStack //构造函数输入：无初始化栈：置空栈~stack //析构函数Push输入：要进栈的项e前置条件：无动作：把e压入栈顶输出：无后置条件：栈顶增加了一个新结点，栈顶指针指向新结点Pop输入：无前置条件：栈非空动作：弹出栈顶元素输出：返回栈顶元素的值后置条件：删除栈顶元素GetPop动作：返回栈顶元素的值Clear动作：清空栈empty动作: 检查栈顶指示是否等于NULL输出：栈空时返回1，否则返回0end ADT Stack2）功能模块设计（如主程序模块设计）int** GetMaze(int &m,int &n) 返回存取迷宫的二维指针bool Mazepath(int **maze,int m,int n)//寻找迷宫maze中从（0，0）到（m,n）的路径void PrintPath(Stack p) //输出路径void Restore(int **maze,int m,int n) //恢复迷宫主程序：用于调用其它函数3）模块层次调用关系图五、详细设计实现概要设计中定义的所有的类的定义及类中成员函数，并对主要的模块写出伪码算法。

Class T 无成员函数Class LinkNode 无成员函数Class Stack Stack(){ top=NULL; }~Stack(){}void Push(T e){LinkNode *P;P=new LinkNode;P->data=e;P->next=top;top=P;}T Pop(){T Temp;LinkNode *P;P=top;top=top->next;Temp=P->data;delete P;return Temp;}T GetPop(){ return top->data; }void Clear(); bool empty();六、调试分析包括调试过程中遇到的问题及解决的方法、算法的时间空间复杂性分析、经验体会。

(1)刚开始主要是在寻找路径那里遇到了很多问题，起初我用一个栈来比较符合通路的坐标，实现起来很费力。

在返回值进出栈时又碰到麻烦，就是top=top->next和return top->data这两个地方，有时没出错了但就是不能运行出结果。

改了很久也纠正不过来，所以我选择两个栈来实现。

(2)在输出路径时，怎么标记当前位置的四个方向也是一个难题。

我就在考虑怎么指向才是正确的，通过不断实践，认为用路径出栈时已出栈的坐标和栈顶值的差值可以正确的确定路径的方向，把它倒退回去看就可以了。

七、用户使用说明详细列出每一步的操作说明。

1)“请输入迷宫的长和宽:”，可由用户自己定义二维数组即迷宫的大小，按给出的数据是长为9行宽为8列。

2)“请输入迷宫的内容：”，一行一行的输出，如9行8列即每一行有8个数据，第一行输入8列数据，直到输入9行，按回车键即可自行开始走迷宫工作。

3)如果迷宫有路径的话，则输出为：“迷宫的路径为括号内的内容分别表示(行坐标、列坐标、数字化方向、方向)“数字化方向：1为南，2为东，3为北，4为西方向：箭头所指方向即为可以走的路经。

4）如果可以找出迷宫的出口，则输出“迷宫路径探索成功!”否则输出“路径不存在!”.八、测试结果九、附录：程序设计源代码#include<iostream>using namespace std;class T{public:int x;int y;int dir;};class LinkNode{friend class Stack;public:T data;LinkNode *next;};class Stack:public T{private:LinkNode *top; public:Stack();~Stack();void Push(T e);T Pop();T GetPop();void Clear(); bool empty();};Stack::Stack(){top=NULL;}Stack::~Stack(){}void Stack::Push(T e) {LinkNode *P;P=new LinkNode;P->data=e;P->next=top;top=P;}T Stack::Pop(){T Temp;LinkNode *P;P=top;top=top->next;Temp=P->data;delete P;return Temp;}T Stack::GetPop(){return top->data;}void Stack::Clear(){top=NULL;}bool Stack::empty(){if(top==NULL) return 1;else return 0;}int move[4][2]={{0,1},{1,0},{0,-1},{-1,0}}; bool Mazepath(int **maze,int m,int n); void PrintPath(Stack p);void Restore(int **maze,int m,int n); int** GetMaze(int &m,int &n);int main(){int m=0,n=0;int **maze;maze=GetMaze(m,n);if(Mazepath(maze,m,n))cout<<"迷宫路径探索成功!\n";else cout<<"路径不存在!\n";return 0;}int** GetMaze(int &m,int &n){int **maze;int i=0,j=0;cout<<"请输入迷宫的长和宽:";cin>>m>>n;cout<<"请输入迷宫内容:\n";maze=new int *[m+2];for(i= 0;i<m+2;i++){maze[i]=new int[n+2];}for(i=1;i<=m;i++)for(j=1;j<=n;j++)cin>>maze[i][j];for(i=0;i<m+2;i++)maze[i][0]=maze[i][n+1]=1;for(i=0;i<n+2;i++)maze[0][i]=maze[m+1][i]=1;return maze;};bool Mazepath(int **maze,int m,int n){Stack q,p;T Temp1,Temp2;int x,y,loop;Temp1.x=1;Temp1.y=1;q.Push(Temp1);p.Push(Temp1);maze[1][1]=-1;while(!q.empty()){Temp2=q.GetPop();if(!(p.GetPop().x==q.GetPop().x&&p.GetPop().y==q.GetPop().y)) p.Push(Temp2);for(loop=0;loop<4;loop++){x=Temp2.x+move[loop][0];y=Temp2.y+move[loop][1];if(maze[x][y]==0){Temp1.x=x;Temp1.y=y;maze[x][y]=-1;q.Push(Temp1);}if((x==(m))&&(y==(n))){Temp1.x=m;Temp1.y=n;Temp1.dir=0;p.Push(Temp1);PrintPath(p);Restore(maze,m,n);return 1;}}if(p.GetPop().x==q.GetPop().x&&p.GetPop().y==q.GetPop().y){p.Pop();q.Pop();}}return 0;}void PrintPath(Stack p){cout<<"迷宫的路径为\n";cout<<"括号内的内容分别表示为(行坐标,列坐标,数字化方向,方向)\n"; Stack t;int a,b;T data;LinkNode *temp;temp=new LinkNode;temp->data=p.Pop();t.Push(temp->data);delete temp;while(!p.empty()){temp=new LinkNode;temp->data=p.Pop();//得到行走方向a=t.GetPop().x-temp->data.x;b=t.GetPop().y-temp->data.y;if(a==1) temp->data.dir=1;else if(b==1) temp->data.dir=2;else if(a==-1) temp->data.dir=3;else if(b==-1) temp->data.dir=4;t.Push(temp->data);delete temp;}while(!t.empty()){data=t.Pop();cout<<'('<<data.x<<','<<data.y<<','<<data.dir<<","; //输出行坐标，列坐标switch(data.dir) //输出相应的方向{case 1:cout<<"↓)\n";break;case 2:cout<<"→)\n";break;case 3:cout<<"↑)\n";break;case 4:cout<<"←)\n";break;case 0:cout<<")\n";break;}}}void Restore(int **maze,int m,int n) //恢复迷宫{int i,j;for(i=0;i<m+2;i++) //遍历指针for(j=0;j<n+2;j++){if(maze[i][j]==-1) //恢复探索过位置，即把-1恢复为0maze[i][j]=0;}}。