C++數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 迷宮問題

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1、課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書 軟件學(xué)院軟件工程+電子商務(wù)2009專業(yè)2班 一、課程設(shè)計(jì)(論文)題目宮問題 二、課程設(shè)計(jì)(論文)工作自2010年12月27日起至2011年1月2日止 三、課程設(shè)計(jì)(論文)地點(diǎn): 四、課程設(shè)計(jì)(論文)內(nèi)容要求： 1本課程設(shè)計(jì)的目的 (1) 鞏固和加深對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本知識(shí)的理解，提高綜合運(yùn)用課程知識(shí)的能力。 (2) 使學(xué)生掌握軟件設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和設(shè)計(jì)方法，并培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行規(guī)范化軟—件設(shè)計(jì)的能力。 (3) 使學(xué)生掌握使用各種計(jì)算機(jī)資料和有關(guān)參考資料，提高學(xué)生進(jìn)行程序設(shè)「計(jì)的基本能力。 2?課程設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求 1) 基本要求: (1) 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能模塊分

2、析、控制模塊分析；- """(2)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要能完成題目所要求的功能; (3) 編程簡練，可用，盡可能的使系統(tǒng)的功能更加完善和全面； (4) 說明書、流程圖要清楚; (5) 提高學(xué)生的論文寫作能力；— (6) 特別要求自己獨(dú)立完成； 2) 創(chuàng)新要求：— 在基本要求達(dá)到后，可進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，如改善算法性能、友好的人機(jī)界面。 3) 課程設(shè)計(jì)論文編寫要求 ~~(1)要按照書稿的規(guī)格打印與寫課程設(shè)計(jì)論文 """(2)論文包括目錄、正文、小結(jié)、參考文獻(xiàn)、附錄等 """(3)課程設(shè)計(jì)論文裝訂按學(xué)校的統(tǒng)一要求完成 4）課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安卻乍 內(nèi)容 天數(shù) 地點(diǎn) 構(gòu)思及收集資料 1

3、 圖書館 編碼與調(diào)試 3 實(shí)驗(yàn)室 撰寫論文 1 圖書館、實(shí)驗(yàn)室 學(xué)生簽名： 20011年1月3日 課程設(shè)計(jì)（論文）評(píng)審意見 （1）基本算法 （20分）： 優(yōu)（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ 、、差（ ）； （2）設(shè)計(jì)分析 （20分）： 優(yōu)（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ 、、差（ ）； （3）調(diào)試分析 （20分）： 優(yōu)（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ 、、差（ ）； （4）論文內(nèi)容 （20分）： 優(yōu)（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ 、、差（ ）； （5）答辯分析 （20分）： 優(yōu)（ ）、良（

4、 ）、中（ ）、一般（ 、、差（ ）； （6）格式規(guī)范性及考勤是否降等級(jí)：是（）、否（） 目錄 一、需求分析1 二、概要設(shè)計(jì)2 三、詳細(xì)設(shè)計(jì)5 四、調(diào)試分析及測試15 五、個(gè)人工作及創(chuàng)新18 六、小結(jié)19 參考文獻(xiàn)20 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì) 一、需求分析 1. 選題理由本次課設(shè)我選擇了迷宮問題，迷宮求解是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的一個(gè)經(jīng)典問題，迷宮問題要求尋找一條從入口到出口的路徑。通常用的是“窮舉求解”的方法。為了保證在任何位置上都能原路退回，顯然需要用一個(gè)后進(jìn)先出的結(jié)構(gòu)來保存從入口到當(dāng)前位置的路徑。因此，在求解迷宮通路的算法中要應(yīng)用“?！钡乃枷?。對(duì)于棧的內(nèi)容在整個(gè)學(xué)期的

5、學(xué)習(xí)中我也有了一定的了解，所以選擇了迷宮這一經(jīng)典問題作為本次課設(shè)的內(nèi)容。 2. 基本原理分析迷宮問題通常是用“窮舉求解”方法解決，即從入口出發(fā)，順著某一個(gè)方向進(jìn)行探索，若能走通，則繼續(xù)往前走；否則沿著原路退回，換一個(gè)方向繼續(xù)探索，直至出口位置，求得一條通路。假如所有可能的通路都探索到而未能到達(dá)出口，則所設(shè)定的迷宮沒有通路。棧是一個(gè)后進(jìn)先出的結(jié)構(gòu)，可以用來保存從入口到當(dāng)前位置的路徑。 以二維數(shù)組存儲(chǔ)迷宮數(shù)據(jù)，通常設(shè)定入口點(diǎn)的下標(biāo)為（1，1），出口點(diǎn)的下標(biāo)為（n,n）。為處理方便起見，在迷宮的四周加一圈障礙。對(duì)于迷宮任何一個(gè)位置，均約定東、南、西、北四個(gè)方向可通。 3. 功能要求 （1）以

6、一個(gè)二維數(shù)組Maze[m+2][n+2]表示迷宮，其中：Maze[O]j]和Maze[m+1][j]（0<=j<=n+1）及Maze[i][O]和Maze[i][n+1]（0<=i<=m+1）為做外層的一圈障礙。數(shù)組中以0表示通路，1表示障礙，限定迷宮的大小為：m,n<=10。 （2）用戶需用文件的形式輸入迷宮的數(shù)據(jù)：文件中第一行的數(shù)據(jù)為迷宮的行數(shù)m和列數(shù)n；從第2行至第m+1行（每行n個(gè)數(shù)）為迷宮值，用0，1輸入，同行中的兩個(gè)數(shù)字之間用空白字符相隔。 （3）迷宮的入口位置和出口位置可由用戶隨時(shí)設(shè)定。 （4）若設(shè)定的迷宮存在通路，則以長方陣形式將迷宮及其通路輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出文件上，其中字符

7、“#”表示障礙，“*”表示路徑，“@”表示曾途經(jīng)該位置但不能到達(dá)出口，其余位置用空格符表示。若設(shè)定迷宮不存在通路則報(bào)告相應(yīng)信息 （5）本程序只求出一條成功的通路。 （6）程序執(zhí)行的命令為：1，創(chuàng)建迷宮；2，求解迷宮；3，輸出迷宮的 解。 二、概要設(shè)計(jì) 1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其抽象數(shù)據(jù)類型的定義。(1)棧的抽象數(shù)據(jù)類型 ADTStack{ 數(shù)據(jù)對(duì)象：D={ai|ai^CharSet,i=l,2???n,n>=0}數(shù)據(jù)關(guān)系：R1={|ai-1,ai$D,i=2,…口}基本操作： InitStack(&S)操作結(jié)果：構(gòu)造一個(gè)空棧S。 DestroyStack(&S)初始條

8、件：棧S已存在。操作結(jié)果：銷毀棧S。 ClearStack(&S)初始條件：棧S已存在。操作結(jié)果：將S清為空棧。 StackLength(S)初始條件：棧S已存在。操作結(jié)果：返回棧S的長度。 StackEmpty(S) 初始條件：棧S已存在。 操作結(jié)果：若S為空棧，則返回TRUE，否則返回FALSE。GetTop(S，&e)初始條件：棧S已存在。 操作結(jié)果：若棧S不空，則以e返回棧頂元素。 Push(&S，e)初始條件：棧S已存在。操作結(jié)果：在棧S的棧頂插入新的棧頂元素e。 Pop(&S，&e)初始條件：棧S已存在。操作結(jié)果：刪除S的棧頂元素，并以e返回其值。 StackTr

9、averse(S，visit())初始條件：棧S已存在。 操作結(jié)果：從棧底到棧頂依次對(duì)S中的每個(gè)元素調(diào)用函數(shù)visit()。}ADTStack 2)迷宮的抽象數(shù)據(jù)類型 ADTmaze{ 數(shù)據(jù)對(duì)象：D={ai,j|ai,je{','#','@','*'},0<=i<=m+1,0<=j<=n+1,m,n<=10} 數(shù)據(jù)關(guān)系：R={ROW,COL} 基本操作： InitMaze（&M,a,row,col） 初始條件：二維數(shù)組a[row+2][col+2]已存在，其中自第1行至第row+1行，每行中自第1列至第col+1列的元素已有值，并且以值0表示通路，以值1表示障礙。 操作結(jié)果：

10、構(gòu)成迷宮的字符型數(shù)組，以空白字符表示通路，以字符‘#'表示障礙，并在迷宮四周加上一圈障礙。 MazePath（&M） 初始條件：迷宮M已被賦值。 操作結(jié)果：若迷宮M中存在一條通路，則按以下規(guī)定改變迷宮M的狀態(tài):以字符'*'表示路徑上的位置，字符‘@'表示“死胡同”，否則迷宮的狀態(tài)不變。 PrintMaze（M） 初始條件：迷宮M已存在。操作結(jié)果：以字符形式輸出迷宮。 }ADTmaze 2、整體框架本程序包含三個(gè)模塊 （1）棧模塊——實(shí)現(xiàn)棧抽象數(shù)據(jù)類型 （2）迷宮模塊——實(shí)現(xiàn)迷宮抽象數(shù)據(jù)類型 （3）主程序模塊：voidmian（） {初始化； Do{ 接受命令；處理命令

11、； }while（命令!二“退出”）； } 各模塊之間的調(diào)用關(guān)系如圖一: 主程序?？? 迷宮權(quán)塊 棧模塊 圖一：調(diào)用關(guān)系圖 函數(shù)的調(diào)用關(guān)系圖反映了程序的層次結(jié)構(gòu)如圖二: RcaflCemmatidInterpret MazcPiitlL PrintMaE^ 19 StackTraverse lnitStackPishPop^tackEmpty FflfttPrintMarkPrintPassNf*itPn>;Same 圖二：函數(shù)的調(diào)用關(guān)系圖 三、詳細(xì)設(shè)計(jì) 源程序: #include #include

12、h> #include #defineMAXLEN10//迷宮包括外墻最大行列數(shù)目#defineTRUE1 #defineFALSE0 #defineOK1 #defineERROR0 typedefintStatus; //坐標(biāo)位置類型typedefstruct{intr,c; }PosType;//迷宮中r行c列的位置 //迷宮類型typedefstruct{intr;intc; chararr[MAXLEN][MAXLEN];//可取''，'}MazeType; typedefstruct{ //intstep;//當(dāng)前位置在路徑上的“序號(hào)”

13、 PosTypeseat;//當(dāng)前的坐標(biāo)位置intdi;//往下一坐標(biāo)位置的方向}SElemType; //結(jié)點(diǎn)類型 typedefstructNodeType{SElemTypedata;NodeType*next; }NodeType,*LinkType; //棧類型 typedefstruct{ LinkTypetop;intstacksize; }SqStack; PosTypestart; PosTypeend; MazeTypemaze; boolfound; //創(chuàng)建棧 StatusInitStack(SqStack&S) {S.top=(LinkTy

14、pe)malloc(sizeof(NodeType));S.top->next=NULL; S.stacksize=0;returnOK; } //進(jìn)棧 StatusPush(SqStack&S,SElemType&e) { LinkTypep;p=(NodeType*)malloc(sizeof(NodeType));p->data=e; p->next=S.top; S.top=p; S.stacksize++;returnOK; } //判斷是否為?？? StatusStackEmpty(SqStackS) { if(S.top->next==NULL)retu

15、rnOK;returnERROR; } //出棧 StatusPop(SqStack&S,SElemType&e){ LinkTypep;if(StackEmpty(S))returnERROR; p=S.top;e=p->data; S.top=S.top->next; S.stacksize--;free(p); returnOK; } //銷毀棧 StatusDestroyStack(SqStack&S){ LinkTypep;while(S.top!=NULL) { p=S.top;S.top=S.top->next; free(p);}//一個(gè)一個(gè)刪除i

16、f(S.top==NULL)returnOK;elsereturnERROR; } //曾走過但不是通路標(biāo)記并返回OK StatusMarkPrint(MazeType&maze,PosTypecurpos){ maze.arr[curpos.r][curpos.c]='@';//"@"表示曾走過但不通returnOK; } //曾走過而且是通路標(biāo)記并返回OK StatusFootPrint(MazeType&maze,PosTypecurpos) {maze.arr[curpos.r][curpos.c]二'*';//"*"表示可通returnOK; } //選擇下一步的

17、方向 PosTypeNextPos(PosType&curpos,inti){ PosTypecpos; cpos=curpos; switch(i){//1.2.3.4分別表示東,南,西,北方向 case1:cpos.c+=1; break; case2:cpos.r+=1; break; case3:cpos.c-=1; break; case4:cpos.r-=1; break; } returncpos; } //判斷當(dāng)前位置是否可通 StatusPass(MazeType&maze,PosTypecurpos) {if(maze.arr[curpo

18、s.r][curpos.c]=='')returnTRUE; elsereturnFALSE; } //創(chuàng)建迷宮 //按照用戶輸入的二維數(shù)組(0或1),設(shè)置迷宮maze的初值，包括加上邊緣一圈的值 voidInitMaze(MazeType&maze,chara[MAXLEN][MAXLEN],introw,intcol) { maze.r=row; maze.c=col; for(inti=0;i<=col+1;i++){ a[0][i]='1';a[row+1][i]='1'; } for(i=0;i<=row+1;i++){ a[i][0]='1';a[i][c

19、ol+1]='1'; } for(i=0;i<=maze.r+2;i++){ for(intj=0;j

20、e; InitStack(S); curpos二start;//設(shè)定“當(dāng)前位置"為“入口位置" //curstep=1;//探索第一步 found=false; do{ if(Pass(maze,curpos)) { //當(dāng)前位置可以通過，即是未曾走到過的通道塊留下足跡 FootPrint(maze,curpos);//做可以通過的標(biāo)識(shí) //e.step=curstep;e.seat=curpos; e.di=1;//為棧頂元素賦值 Push(S,e);//加入路徑if(curpos.r二二end.r&&curpos.c二二end.c)found二true;//如口果到

21、達(dá)終點(diǎn)返回true else{ curpos二NextPos(curpos,l);//下一位置是當(dāng)前位置的東鄰 }} else//當(dāng)前位置不能通過if(!StackEmpty(S)){ Pop(S,e);while(e.di==4&&!StackEmpty(S)){MarkPrint(maze,e.seat);//留下不能通 過的標(biāo)記 Pop(S,e); } if(e.di<4){e.di++;//換下個(gè)方向Push(S,e); //curpos=NextPos(e.seat,e.di);//進(jìn)行 探索 }} }while(!StackEmpty(S)&&!found

22、);DestroyStack(S); returnfound; } //將標(biāo)記路徑信息的迷宮（字符型方陣）輸出到終端（包括外墻） voidPrintMaze(MazeType&maze) { for(inti=0;i<=maze.r+2;i++){ for(intj=0;j<=maze.c+2;j++){ printf(“％c",maze.arr[i][j]);//輸出迷 宮 }printf("\n"); } } //系統(tǒng)初始化 voidInitialization() { system("cls"); printf("welcometothegame");

23、 printf("\n************************************************");printf("\n*創(chuàng)建迷宮一c執(zhí)行迷宮一m輸出迷宮--p退出一q*");printf("\n************************************************");printf("\n\n操作:-"); } //讀入操作命令符，顯示提示信息 voidReadCommand(char&cmd) { do{ if(cmd=='c') {printf("\n*************************************

24、*****");printf("\n*選擇操作：執(zhí)行迷宮--m*"); printf("\n*退出--:q*"); printf("\n******************************************");printf("\n\n操作：-"); } elseif(cmd=='m'){printf("\n******************************************");printf("\n*選擇操作：輸出迷宮--p*"); printf("\n*退出--：q*"); printf("\n***************************

25、***************"); printf("\n\n操作:-")； } elseif(cmd=='p'){printf("\n******************************************")；printf("\n*選擇操作：執(zhí)行迷宮--c*"); printf("\n*退出--:q*")； printf("\n******************************************");printf("\n\n操作:-"); } cmd=getchar(); }while(!(cmd=='c'||cmd=='m'||cmd=='p'

26、||cmd=='q')); } //解釋cmd--具體執(zhí)行 voidInterpre(charcmd) { switch(cmd){ ，，f case'c':{ intrnum,cnum,i=0,m=1,n=1; chara2[MAXLEN][MAXLEN]; charinput[1]; chardata[1000]; printf("\n請(qǐng)輸入迷宮數(shù)據(jù)文件名！\n");scanf("%s",input); FILE*fp; fp=fopen(input,"r"); if(!fp) { printf("\n不能打開文件\n"); break; } whi

27、le(!feof(fp)) { fscanf(fp,"%s",&data[i]); if(i==0) { rnum=(int)data[i]-(int)'0'; } if(i==1) {cnum=(int)data[i]-(int)'0'; } if(i>=2) {if(n>cnum){m++;n=1;}a2[m][n]=data[i]; n++; } i++; }fclose(fp); InitMaze(maze,a2,rnum,cnum); printf("\n迷宮建立完成??！\n"); break; } ，，f case'm':{ printf

28、("\n請(qǐng)輸入迷宮入口的坐標(biāo)，以空格為間隔：--");scanf("%d%d",&start.r,&start.c); printf("\n請(qǐng)輸入迷宮出口的坐標(biāo)，以空格為間隔：--");scanf("%d%d",&end.r,&end.c); MazePath(maze,start,end); break; } ，，f case'p'：{ if(found) { printf("\n求解迷宮的結(jié)果如下--\n"); PrintMaze(maze); } elseprintf("\n找不到路徑！\n"); } voidmain() { charcmd;Initia

29、lization(); do{ //讀入一個(gè)操作符命令 //解釋執(zhí)行命令操作符 ReadCommand(cmd); Interpre(cmd); }while(cmd!='q'); } 調(diào)試分析及測試 1、調(diào)試分析： (1) 本程序有一個(gè)核心算法，即求迷宮的路徑，在調(diào)試的時(shí)候，出現(xiàn)了兩個(gè)問題：沒有想到要用'@'記號(hào)，導(dǎo)致迷宮走不出來；沒有設(shè)置'found',不知何時(shí)跳出。 (2) 原本棧的元素e中除了di—往下一坐標(biāo)位置的方向和seat—當(dāng)前的坐標(biāo)位置，還有一個(gè)step—當(dāng)前位置在路徑上的序號(hào)，后來發(fā)現(xiàn)step沒什么用，就刪掉了。 (3) 函數(shù)ReadCommand中，

30、cmd=getchar();的位置找不準(zhǔn)，最后是試出來的。 (4) 調(diào)試的時(shí)候多次出現(xiàn)，沒有錯(cuò)誤，但是dos環(huán)境下就是執(zhí)行不起來，所以采用了一些輸出變量，判斷到底是哪里出了問題。 (5) 本程序中三個(gè)主要的算法：InitMaze,MazePath和MarkPrint的時(shí)間復(fù)雜度均為O(m*n),本程序的空間復(fù)雜度也為O(m*n)(棧所占最大空間) 2、使用說明和運(yùn)行結(jié)果: (1)首先以文件形式輸入迷宮數(shù)據(jù)，如圖三: [12-記事本丨回 文1中E探輯E13式衛(wèi))樂也耳和(HJ EF ULU1U 0C110 -LUL- 1)11C0 :1n1n

31、 ［劃F J 圖三 (2)進(jìn)入演示程序后，會(huì)出現(xiàn)以下界面如圖四: 圖四 (3) 進(jìn)入“創(chuàng)建迷宮”的命令后，即提示輸入迷宮數(shù)據(jù)的文件名，結(jié)束符為“回車符”，該命令執(zhí)行之后輸出“迷宮建立完成”，且輸出下面可執(zhí)行的操作。如圖五： 圖五 (4) 進(jìn)入“執(zhí)行迷宮”的命令后，即提示輸入迷宮入口，出口的坐標(biāo)，結(jié)束符為“回車符”，該命令執(zhí)行之后表示迷宮路徑已尋找完成或未找到路徑。請(qǐng)注意：若迷宮中存在路徑，執(zhí)行此命令后，迷宮狀態(tài)已經(jīng)改變，若要重復(fù)執(zhí)行此命令，需重新輸入迷宮數(shù)據(jù)。如圖六： 圖六 (5) 進(jìn)入“輸出迷宮”的命令后，即輸出迷宮求出路徑之后的狀態(tài)。'#'

32、表示障礙，'@'表示曾走過但不通，'*'表示路徑。如圖七： 圖七 (6) 進(jìn)入“退出”的命令后，按任意鍵結(jié)束。如圖八: 圖八 3、缺點(diǎn)與改進(jìn)： (1) 在定義函數(shù)Mazepath的時(shí)候，開始的循環(huán)語句的結(jié)束條件不對(duì)，沒有出路時(shí)，導(dǎo)致一直出現(xiàn)了不正確的結(jié)果，最后沒有新位置入棧，則返回上一個(gè)位置，否則沒有路徑。 (2) 只是以文件形式輸入迷宮，如果迷宮數(shù)據(jù)量大時(shí)，要先建好文件還是很浪費(fèi)時(shí)間，如果以隨機(jī)產(chǎn)生函數(shù)自動(dòng)產(chǎn)生迷宮會(huì)更好。 五、個(gè)人工作及創(chuàng)新 為了準(zhǔn)備這次課程設(shè)計(jì)我查找了很多的資料，對(duì)于迷宮問題的求解中迷宮的產(chǎn)生方式有很多的不同，有的是直接輸入迷宮，有的是用文

33、件輸入，有的是隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生，我的課設(shè)是參考了用文件輸入的方法，這樣做相比直接輸入迷宮操作要更簡單。當(dāng)然用隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生迷宮比如用： for(i=0;i

34、用了一番也使有了更加清楚的認(rèn)識(shí)。 在求解迷宮的算法中，先設(shè)定當(dāng)前位置的初值為入口位置，然后 Do{ 若當(dāng)前位置可通， 則{將當(dāng)前位置插入棧頂； 若該位置是出口位置，則結(jié)束；否則切換當(dāng)前位置的東鄰方塊為新的當(dāng)前位置； } 否則{ 若棧不為空且棧頂位置尚有其它方向未被探索，則設(shè)定新的當(dāng)前位置為延順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)找到的棧頂位置的下一相鄰塊； 若棧不空但棧頂位置四周均不通， 則{刪去棧頂位置； 若棧不為空，則重新測試新的棧頂位置， 直至找到一個(gè)可通的相鄰塊或出棧至棧空；} } } 求解迷宮的算法大概就是這么個(gè)思路。 六、小結(jié) 要能很好的掌握編程，僅僅通過幾個(gè)簡單的程序的

35、編寫是無法達(dá)成的，更需要的是大量的積累和深入研究才可能。在程序的編寫中也不能一味的向已有的程序進(jìn)行模仿，而要自己去探索，去尋找最好的解決方法，只有帶著問題去反復(fù)實(shí)踐，才能更熟練的掌握和運(yùn)用，當(dāng)然，對(duì)現(xiàn)有的程序也要多去接觸，因?yàn)橛行┏绦蚴俏覀冊(cè)诙虝r(shí)間內(nèi)無法想出來的，我們也應(yīng)該去參考別人的作品，這樣可以節(jié)約時(shí)間獲得更多的知識(shí)。最重要的是持之以恒，要經(jīng)常性的復(fù)習(xí)原來接觸到的程序，這樣才能保證我們有足夠的經(jīng)驗(yàn)去面對(duì)程序問題。 參考文獻(xiàn) [1] .嚴(yán)蔚敏，吳偉民數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（C語言版）?清華大學(xué)出版社.2007 [2] .嚴(yán)蔚敏，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)題集（C語言版）?清華大學(xué)出版社.2007 [3] .譚浩強(qiáng)，C程序設(shè)計(jì)（第四版）?清華大學(xué)出版社.2007