迷宫问题(队列)

软件综合课程设计

迷宫问题（队列）

数制转换问题

二〇一四年六月

二、迷宫问题（队列）

1、问题陈述

要求：首先实现一个链表作存储结构的队列，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表示走到下一个坐标的方向，如：对于下列数据的迷宫，输出的一条通路为：（1，1，1），（1，2，2），（3，2，3），（3，1，2），…

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

2、需求分析

用户可以根据自己的需求进行输入所需的迷宫，其中1表示迷宫的墙壁，0表示迷宫的通路，从而建立自己的迷宫；或者使用程序中提供的迷宫。其中用队列的基本操作完成迷宫问题的求解。

从题目可知：迷宫问题主要考察队列操作和图的遍历算法。

可以分解成为以下几个问题：

(1)迷宫的构建，若是一个个的将数据输入，那么一个m*n的二维数组要想快速的输入进去是很麻烦的，那么就应该让计算机自动生成一个这样的迷宫。

(2)题目要求以链表作存储结构的对列来对访问过的通路节点进行存储，

这样就会遇到一个比较大的问题。那就是，在寻找的过程当中，当前队尾节点的其余三个方面上均都是墙，这样就无法再走下去了，必须要返回。由于是用队列存储的，不能直接将队尾元素删除，那就应该让其他元素从队头出队构成另外一条队列。这样，就可以讲该结点从队列当中删除了。

(3)在题目中提出，要输出经过结点的方向，对于任意的一个位置有四个

方向，所以对于队列中的每一个结点设置一个方向的标志量，表示走向下一个结点的方向，当前加到队尾的元素的方向设置为0，一旦有新元素入队，就对队尾元素的方向进行修改。

(4) 确定没有通路的思路：因为当沿着每个方向前进都某一位置的时候，

不再有通路之后，就会把该节点从队列中删除，同时会将该位置上的值修改，从而保证下次改位置的节点不会再入队。如果不存在通路，必然会一直返回到初始状态（队列为空）

(5) 因只需要找一条通路就可以了，所以一旦找到终点，就可以结束

查找了。

3、概要设计

（一）、数据结构的选择（根据实验的要求）

1、点的坐标类型

typedef struct

{

int x;

int y;

}Weizhi;//迷宫中每一个结点的位置

2、带方向的点

typedef struct

{

Weizhi wz;

int fangxiang;//对方向的选定，对不同的方向设置不同的数值

}Yuansu;//队列当中元素

3、队列当中的节点类型

typedef struct Node

{

Yuansu data;

Struct Node *next;

}Jiedian;//链队列中的结点数据类型

4、链队列

typedef struct

{

Jiedian *front;//队头指针

Jiedian *rear;//队尾指针

}Liandui;

(二)概要设计

设计思路

首先构建一个空队列，同时由计算机产生一个迷宫，在判断迷宫的指定出入口是否存在，则结束这次查找并输出提示信息；若存在，则进行下一步，搜索通路，有通路直至到达终点，无通路就退回到起点。收索过程中，遇到前面不再有出口的时候，就要使当前队尾结点出队，于是就要对当前队列从队头到倒数第二个结点依次转移，释放出队尾结点。

从完成的功能上看，

(1)实现程序与用户操作的界面设计；

(2)用非递归算法实现以链队列来存储访问过的通路结点，找出通路。

(3)构建迷宫，显示迷宫。

于是，就构建了以下几个模块之间的关系架构：

主模块

队列存储功能迷宫搜索功能

建空队列出队、入队、修改队列构建、输出迷宫从迷宫的起点寻找通路

4、详细设计和编码：

从上面的概要设计可以看出，要具体的实现这些功能，为实现方便构造以下几个全局变量：

int m=0,n=0;//用来设置长方阵迷宫的大小

int a[12][12];//用来存放迷宫中每一个结点的信息

Liandui *S；//存放结点信息的队列

同时，必须要构造这些相应的函数：

（1）队列操作

//建空队列（仅有一个头结点）

void Jiankong(Liandui *t)

申请头结点（为其分配内存）：t->front=(Jiedian *)malloc(sizeof(Jiedian));

建空：t-rear=t->front; t->front->next=NULL;

这里，为了让头结点能够方便后面的操作，给其数据域赋一些特殊值。 //判断队列是否为空

int Pankong(Liandui *t)

条件是当： if(t->front==t->rear)成立，即为空，返回一个标志量，否则返回另一个量。

由于考虑到队列的调整是在迷宫寻找的过程中进行的，所以不再单独设置成一个函数，而是将其作为迷宫查找函数中的一个模块。

（2）迷宫操作

//创建迷宫（矩阵）

void CHangJian()

由于创建一个手动输入，比较麻烦，容易出错，可以调用srand(time(NULL));这个函数获得系统时间，在用rand()%2来得到0,1的随机数在两层for循环中构造出这样一个迷宫矩阵。为了测试各种情况，可以手动输入构建迷宫。即用:scanf("%d",&a[i][j]);四周栅栏全设为1.

//输出迷宫（矩阵）

void Shuchu（）

这个函数只需要用两层for循环直接将其输出。

//寻找通路的过程

int Xunzhao(Liandui *t)

说明：这个函数是这个程序的核心部分，是重要功能的实现部分。

本函数中应用到自身的内部变量有：

Jiedian *p; //作为中间过渡的结点指针

Liandui *s; //作为调整的过渡队列指针

Jiedian *x; //作为搜索时的过渡结点指针

int i=1,j=1; //位置

首先，要判断该迷宫的出入口是否均是通路，是通路即进行后续操作；

将第一个结点（入口结点）入队，同时为了防止，在广度搜索遍历的过程中往回走，将访问过的通路结点设置为2,即：a[p->data.wz.x][p->data.wz.y]=2;

用while循环执行后续操作，条件是在：队列不是空的（要求队列不是空的是为了后续判断，因为一开始必然会有一个结点，而后来是空的情况，就只有是没有通路，一直返回了最初状态）或者是已经到达了终点（到达终点就可以确定是有通络了）。

满足循环条件的时候，就对该结点的四个方向上的结点的数据进行判断，设定向右、向下、向左、向上的方向分别都是1,2,3,4.

四个方向判断的代码特点（以向右为例）：

if(a[t->rear->data.wz.x][t->rear->data.wz.y+1]==0)

{//向右行驶的方向定为1

p=(Jiedian *）malloc(sizeof(Jiedian));

p->data.wz.x=t->rear->data.wz.x;

p->data.wz.y=t->rear->data.wz.y+1;

p->data.fangxiang=0;//对新结点分量赋值

p->next=NULL;t->rear->data.fangxiang=1;

t->rear->next=p;t->rear=p;//新结点入队

a[t->rear->data.wz.x][t->rear->data.wz.y]=2;//访问的相邻结点是通路结点