基于c语言的迷宫问题专业课程设计.doc

基于c语言的迷宫问题专业课程设计*实践教学* 兰州理工大学软件学院2012年春季学期 算法与数据结构 课程设计题 目： 迷宫问题 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩：_摘要在现实生活中，会遇到很多很多关于迷宫这样很复杂、很难解决的问题的问题。如果人工去解决这些问题，会很麻烦，花很长的时间，甚至无法解决。假如用计算机去解决，可以通过手动生成迷宫，也可以通过计算机随机的产生迷宫，最终退出。而且可以很快的求解迷宫，找到从入口到出口的通路，或者当没有通路时，得出没有通路的结论。找出通路之后，会显示出通路路经，而且以图示的方式显示出通路，这样会使人一目了然的看清此迷宫的通路。迷宫是一个矩形区域，可以使用二维数组表示迷宫，这样迷宫的每一个位置都可以用其行列号来唯一指定，但是二维数组不能动态定义其大小，我们可以考虑先定义一个较大的二维数组mazeM+2N+2,然后用它的前m行n列来存放元素，即可得到一个m×n的二维数组，这样(0,0)表示迷宫入口位置，(m-1,n-1)表示迷宫出口位置。 关键词： 迷宫；通路；二维数组；路径序言 随着社会经济的发展，信息化程度的不断深入，传统的人工求解迷宫问题已不能满足生活的需要。近几年，随着迷宫问题越来越复杂、科技也越来越发达，人们逐渐的开始用计算机求解迷宫问题。迷宫问题很复杂，但是人们又不得不去研究这个问题，因为人们的生活中需要它，离不开它。在迷宫路径的搜索过程中，首先从迷宫的入口开始，如果该位置就是迷宫出口，则已经找到了一条路径，搜索工作结束。否则搜索其上、下、左、右位置是否是障碍，若不是障碍，就移动到该位置，然后再从该位置开始搜索通往出口的路径；若是障碍就选择另一个相邻的位置，并从它开始搜索路径。为防止搜索重复出现，则将已搜索过的位置标记为2，同时保留搜索痕迹，在考虑进入下一个位置搜索之前，将当前位置保存在一个队列中，如果所有相邻的非障碍位置均被搜索过，且未找到通往出口的路径，则表明不存在从入口到出口的路径。这实现的是广度优先遍历的算法，如果找到路径，则为最短路径。目录一、需求分析51.1 功能与数据需求5 1.1.1 题目要求的功能5 1.1.2 扩展功能51.2 界面需求61.3 开发环境与运行需求6二、概要设计72.1主要数据结构72.2各模块函数说明8三、详细设计9四、测试10五、使用说明135.1应用程序功能的详细说明135.2应用程序运行环境要求135.3输入数据类型、格式和内容限制13六、总结提高146.1课程设计总结146.2开发中遇到的问题和解决方法146.3 对自己完成课设完成情况的评价14参考文献15致 谢16一、需求分析1.1 功能与数据需求 问题描述：以一个m×n的长方形表示迷宫，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。1.1.1 题目要求的功能 基本要求：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。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（9,8）为出口。001000100010001000001101011100100001000001000101011110011100010111000000 1 2 3 4 5 6 7 81.1.2 扩展功能（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1.2 界面需求请求输入进入程序请求输入起始位置请求输入终点位置输出方阵迷宫输出路径输出方阵路径1.3 开发环境与运行需求Visual C+6.0二、概要设计2.1主要数据结构 输入起始位置，终点位置 判断首节点是否为通路判断路径能否走通对坐标标记 是否到达迷宫出口处左边是否存在通路下边是否存在通路右边是否存在通路上边是否存在通路存储路径，将路径入栈 有解迷宫 无解迷宫 YNYNY输出迷宫 选择路径 图一.主流程图2.2各模块函数说明typedef struct int pos_xlength;/进栈坐标int pos_ylength;int top; int base; Stack; /新建结构体void initStack(Stack *p) /初始化栈Push(Stack *p,int x,int y,int d) /入栈具体操作 Pop(Stack *p,int read2,int d) /出栈并读出前一步的坐标 initMaze(int Maze109)/建立迷宫Ways(Stack *p,int Maze109,int rukou_x,int rukou_y,int chukou_x,int chukou_y,int d) /具体路径的求解 menu();/调用菜单函数 main();/实现迷宫求解的主函数三、详细设计 迷宫的过程可以模拟为一个搜索的过程：每到一处，总让它按左、右、上、下4个方向顺序试探下一个位置；如果某方向可以通过，并且不曾到达，则前进一步，在新位置上继续进行搜索；如果4方向都走不通或曾经到达过，则退回一步，在原来的位置上继续试探下一位置。每前进或后退一步，都要进行判断：若前进到了出口处，则说明找到了一条合适的通路；若退回到了入口处，则说明不存在合法的通路到达出口。用一个二维指针数组迷宫表示迷宫，数组中每个元素取值“0”（表示通路）或“1”（表示墙壁）。迷宫的入口点在位置（1，1）处，出口点在位置（m,n）处。设计一个模拟走迷宫的算法，为其寻找一条从入口点到出口点的通路。二维数组的第0行、第m+1行、第0列、第m+1列元素全置成“1”， 表示迷宫的外墙；第1行第1列元素和第m行第m列元素置成“0”， 表示迷宫的入口和出口；假设当前所在位置是（x,y）。沿某个方向前进一步，它可能到达的位置最多有4。四、测试图二.进入迷宫图三.查找路径图四.退出迷宫五、使用说明5.1应用程序功能的详细说明按提示输入数字1进入迷宫，输入迷宫入口，迷宫出口5.2应用程序运行环境要求Microsoft Visual C+6.05.3输入数据类型、格式和内容限制输入的数据都是整型（int），输入迷宫的数据间要用空格或回车隔开六、总结提高6.1课程设计总结要能很好的掌握编程,仅仅通过简单的程序的编写是无法达成的,需要大量积累和深入研究才有可能。就从这个迷宫问题求解来说,在迷宫求路径就需要使用链表的栈,靠出栈和进栈来存取路径数据.在程序的编写中也不能一味的向已有的程序进行模仿,而要自己摸索,去寻找最好的解决方法,只有带着问题去反复进行实践,才能更熟练的掌握和运用,当然,对现有的程序也要多去接触,因为有些程序是我们无法在短时间内想出来的.最重要的一点是持之以恒,要经常性的复习原来接触的程序,这样才能保证我们有足够的经验去面对程序问题.6.2开发中遇到的问题和解决方法 问题： 在开始时迷宫求解的 路径无法显示寻找路径所走的方向等问题。 解决方法：在栈中增加一个变量d来表示方向，在寻找路径的时候判断下一个坐标点和本坐标点的关系。在（x）行不变的情况下：（y+1）列加一则表示坐标往右走了一步记为1、（y-1）列减一则表示坐标往左走了一步记为3；在（y）不变的情况下：（x+1）行加一则表示坐标往下走了一步记为2、（x-1）行减一则表示坐标往上走了一步记为4；6.3 对自己完成课设完成情况的评价经过本次课程设计，我深刻地明白了理论与实践应用相结合的重要性，并努力克服自己在分析复杂问题的弱点。这次课程设计同时也考验我的综合运用所学知识的能力和操作能力。参考文献1 严蔚敏，吴伟民.数据结构（C语言版）.清华大学出版社.2 严蔚敏，吴伟民.数据结构题集（C语言版）.清华大学出版社.3 DATA STRUCTURE WITH C+. William Ford,William Topp .清华大学出版社（影印版）. 4 谭浩强.c语言程序设计. 清华大学出版社. 5数据结构与算法分析（Java版） , A Practical Introduction to Data Structures and Algorithm Analysis Java Edition Clifford A. Shaffer , 张铭,刘晓丹译 电子工业出版社 2001 年1月致 谢 在这样的一个程序设计中，靠一个人的单打独斗是不可能完成的。在这次设计过程中，在开始的构思、设想，源代码编写时的提示，上机时精心的指点，有了老师和舍友以及身边同学的指导、意见和帮助，最终才完成了这个迷宫求解问题系统的设计与实现。所以在这里要对以上老师及同学表示感谢，非常感谢他们的帮助。而且在这次课程设计中我学习到了很多很多。附录：程序源代码#include <stdio.h> #include <malloc.h> #include<stdlib.h>#include<conio.h>#define length 50#define d direction /用d代表所走路径的方向int n=-1;int step=0; /记录步骤数 typedef struct int pos_xlength;/进栈坐标int pos_ylength;int top; int base; Stack; /新建结构体void initStack(Stack *p) p->top=p->base=0; /初始化栈. Push(Stack *p,int x,int y,int d) /入栈具体操作 step+;d=0;n=n+1; p->top=p->top+1; p->pos_xn=x; p->pos_yn=y;Pop(Stack *p,int read2,int d) /出栈并读出前一步的坐标 step+;d=0;n=n-1; p->top=p->top-1; read0=p->pos_xn; read1=p->pos_yn;initMaze(int Maze109)/建立迷宫函数. int i; for (i=0;i<=9;i+) Maze0i=1; for (i=0;i<=10;i+) Mazei0=1; for (i=0;i<=9;i+) Maze10i=1; for (i=0;i<=10;i+) Mazei9=1; Maze11=0;Maze12=0;Maze13=1;Maze14=0;Maze15=0;Maze16=0;Maze17=1;Maze18=0; Maze21=0;Maze22=0;Maze23=1;Maze24=0;Maze25=0;Maze26=0;Maze27=1;Maze28=0; Maze31=0;Maze32=0;Maze33=0;Maze34=0;Maze35=1;Maze36=1;Maze37=0;Maze38=1; Maze41=0;Maze42=1;Maze43=1;Maze44=1;Maze45=0;Maze46=0;Maze47=1;Maze48=0; Maze51=0;Maze52=0;Maze53=0;Maze54=1;Maze55=0;Maze56=0;Maze57=0;Maze58=0;Maze61=0;Maze62=1;Maze63=0;Maze64=0;Maze65=0;Maze66=1;Maze67=0;Maze68=1;Maze71=0;Maze72=1;Maze73=1;Maze74=1;Maze75=1;Maze76=0;Maze77=0;Maze78=1;Maze81=1;Maze82=1;Maze83=0;Maze84=0;Maze85=0;Maze86=1;Maze87=0;Maze88=1;Maze91=1;Maze92=1;Maze93=0;Maze94=0;Maze95=0;Maze96=0;Maze97=0;Maze98=0; Print( )/打印出迷宫界面 int m,n,j,sum; int Maze109;printf("迷宫(1代表墙即不通,0代表可通过)n"); printf(" ");for(j=1;j<=8;j+) printf("%4d",j);printf("n");for(m=0;m<=10;m+) for(n=0;n<=9;n+) printf("%4d",Mazemn);sum+; if(sum%10=0) printf("n"); Ways(Stack *p,int Maze109,int rukou_x,int rukou_y,int chukou_x,int chukou_y,int d) /具体路径的求解函数 int x,y; int read2; x=rukou_x; y=rukou_y; printf("第%d步:",step);printf("(%d,%d,%d)n",x,y,d);if(x=chukou_x&&y=chukou_y)printf("到达出口坐标共走了%d步n",step);return 0;else if(Mazexy+1=0) y=y+1;d=1;Push(p,x,y,d);Mazexy-1=1;Mazexy=1; else if(Mazex+1y=0) x=x+1;d=2;Push(p,x,y,d);Mazex-1y=1;Mazexy=1; else if(Mazexy-1=0) y=y-1;d=3;Push(p,x,y,d);Mazexy+1=1;Mazexy=1; else if(Mazex-1y=0) x=x-1;d=4;Push(p,x,y,d);Mazex+1y=1;Mazexy=1; else Pop(p,read,d); x=read0; y=read1;if(p->top=p->base) printf("找不到出口n");return 0; Ways(p,Maze,x,y,chukou_x,chukou_y,d);return 1; menu()printf("tt*n"); printf("tt* 欢迎进入课程设计 *n"); printf("tt* 迷宫求解程序 *n"); printf("tt* 菜单: *n");printf("tt*进入迷宫*请输入1 *n");printf("tt*退出迷宫*请输入2 *n");printf("tt*n");int main() Stack *p; Stack S; int Maze109; /定义迷宫int elem_11,elem_21,a,j; int rukou_x,rukou_y,d=0;int chukou_x,chukou_y; int sum=0; p=&S; initMaze(Maze); system("color 5f");/dos窗口背景颜色函数 menu();/调用菜单函数printf("请输入您的选择:");scanf("%d",&a);if(a=1) Print( ); /打印迷宫图printf("请输入入口坐标:");scanf("%d",&elem_10); scanf("%d",&elem_11);rukou_x=elem_10;rukou_y=elem_11; printf("请输入出口坐标:"); /迷宫入口坐标. scanf("%d",&elem_20); scanf("%d",&elem_21);chukou_x=elem_20;chukou_y=elem_21;/迷宫出口坐标. if(elem_10>10|elem_11>9|elem_20>10|elem_21>9| elem_10<0|elem_11<0|elem_20<0|elem_21<0) printf("输入的入口或出口坐标错误n"); /首先判断输入坐标是否正确else printf("n"); printf("说明(x,y,z)x,y代表坐标点;n");printf("z代表上个坐标到达这个坐标所走的方向,0为初始值,1234分别代表向右、下、左、上方向n");printf("查找路径的具体步骤:n"); initStack(p); Push(p,rukou_x,rukou_y,d); Ways(p,Maze,rukou_x,rukou_y,chukou_x,chukou_y,d); system("pause");system("cls");return main();elseprintf("欢迎您的再次光临,再见!n");system("pause");