迷宮問題求解

1、課程設計報告課題名稱： 迷宮問題的求解及演示 姓 名： 學 號： 專 業(yè)： 計算機與信息學院 班 級： 指導教師： 數據結構課程設計任務書針對本課程設計，完成以下課程設計任務書：1. 熟悉系統(tǒng)實現(xiàn)工具和上機環(huán)境。2. 根據課程設計任務，查閱相關資料。3. 針對所選課題完成以下工作： （1）需求分析（2）概要設計（3）詳細設計（4）編寫源程序（5）靜態(tài)走查程序和上機調試程序 4.書寫上述文檔和撰寫課程設計報告目 錄第一部分 課程設計任務書 1 第二部分 課程設計報告 2第一章 課程設計內容和要求42.1 問題描述42.2 需求分析4第二章 課程設計總體方案及分析43.1 概要設計73.2 詳細設

2、計73.3 調試分析103.4 測試結果10第三章 設計總結134.1課程設計總結134.2參考文獻 4.3 附錄(源代碼)14 第二部分 課程設計報告 第一章  課程設計內容和要求  2.1問題描述： 迷宮以16*16的矩陣存儲在數據文件中（迷宮中的障礙物要占到一定比例），編寫非遞歸的程序，求出一條從入口到出口的路徑并顯示之（結果若能用C的繪圖函數顯示更好）2.2需求分析：1要求設計程序輸出如下：(1) 建立一個大小為m×n的任意迷宮（迷宮數據可由用戶輸入或由程序自動生成），并在屏幕上顯示出來；（2）找出一條通路的二元組（i,j）數據序列，（i,j）表示通路上某

3、一點的坐標。（3）用一種標志（如數字8）在迷宮中標出該條通路；（4）在屏幕上輸出迷宮和通路；（5）上述功能可用菜單選擇。2.迷宮的建立：迷宮中存在通路和障礙，為了方便迷宮的創(chuàng)建，可用0表示通路，用1表示障礙，這樣迷宮就可以用0、1矩陣來描述，3.迷宮的存儲：迷宮是一個矩形區(qū)域，可以使用二維數組表示迷宮，這樣迷宮的每一個位置都可以用其行列號來唯一指定，但是二維數組不能動態(tài)定義其大小，我們可以考慮先定義一個較大的二維數組mazeM+2N+2,然后用它的前m行n列來存放元素，即可得到一個m×n的二維數組，這樣(0,0)表示迷宮入口位置，(m-1,n-1)表示迷宮出口位置。注：其中M，N分別

4、表示迷宮最大行、列數，本程序M、N的缺省值為39、39，當然，用戶也可根據需要，調整其大小。4.迷宮路徑的搜索：首先從迷宮的入口開始，如果該位置就是迷宮出口，則已經找到了一條路徑，搜索工作結束。否則搜索其上、下、左、右位置是否是障礙，若不是障礙，就移動到該位置，然后再從該位置開始搜索通往出口的路徑；若是障礙就選擇另一個相鄰的位置，并從它開始搜索路徑。為防止搜索重復出現(xiàn)，則將已搜索過的位置標記為2，同時保留搜索痕跡，在考慮進入下一個位置搜索之前，將當前位置保存在一個隊列中，如果所有相鄰的非障礙位置均被搜索過，且未找到通往出口的路徑，則表明不存在從入口到出口的路徑。這實現(xiàn)的是廣度優(yōu)先遍歷的算法，如

5、果找到路徑，則為最短路徑。以矩陣 0 0 1 0 1 為例，來示范一下 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 首先，將位置(0,0)(序號0)放入隊列中，其前節(jié)點為空，從它開始搜索，其標記變?yōu)?，由于其只有一個非障礙位置，所以接下來移動到(0,1)(序號1)，其前節(jié)點序號為0，標記變?yōu)?，然后從(0,1)移動到(1,1)(序號2)，放入隊列中，其前節(jié)點序號為1，(1,1)存在(1，2)(序號3)、(2，1)(序號4)兩個可移動位置，其前節(jié)點序號均為2.對于每一個非障礙位置，它的相鄰非障礙節(jié)點均入隊列，且它們的前節(jié)點序號均為該位置的序號，所以如果存在路徑，則從出口處節(jié)點的位

6、置，逆序就可以找到其從出口到入口的通路。如下表所示： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10(0,0)(0,1)(1,1)(1,2)(2,1)(2,2)(1,3)(2,3)(0,3)(3,3)(3,4)-10122345679 由此可以看出，得到最短路徑：(3,4)(3,3)(2,3)(2,2)(1,2)(1,1)(0,1)(0,0) 搜索算法流程圖如下所示： 第二章      課程設計總體方案及分析3.1概要設計1.構建一個二維數組mazeM+2N+2用于存儲迷宮矩陣自動或手動生成迷宮，即為二維數組mazeM+2N+2賦值構建一個隊列用

7、于存儲迷宮路徑建立迷宮節(jié)點struct point,用于存儲迷宮中每個節(jié)點的訪問情況實現(xiàn)搜索算法屏幕上顯示操作菜單 2.本程序包含10個函數： (1)主函數 main()(2)手動生成迷宮函數 shoudong_maze()(3)自動生成迷宮函數 zidong_maze()(4)將迷宮打印成圖形 print_maze()(5)打印迷宮路徑 (若存在路徑) result_maze()(6)入隊 enqueue()(7)出隊 dequeue()(8)判斷隊列是否為空 is_empty()(9)訪問節(jié)點 visit()(10)搜索迷宮路徑 mgpath()3.2 詳細設計實現(xiàn)概要設計中定義的所有數據

8、類型及操作的偽代碼算法1. 節(jié)點類型和指針類型迷宮矩陣類型：int mazeM+2N+2;為方便操作使其為全局變量迷宮中節(jié)點類型及隊列類型：struct pointint row,col,predecessor que5122. 迷宮的操作(1)手動生成迷宮void shoudong_maze(int m,int n)定義i,j為循環(huán)變量for(i<=m)for(j<=n)輸入mazeij的值(2)自動生成迷宮void zidong_maze(int m,int n)定義i,j為循環(huán)變量for(i<=m)for(j<=n) mazeij=rand()%2 /由于rand

9、()產生的隨機數是從0到RAND_MAX,RAND_MAX是定義在stdlib.h中的,其值至少為32767),要產生從X到Y的數,只需要這樣寫：k=rand()%(Y-X+1)+X;(3)打印迷宮圖形void print_maze(int m,int n)用i,j循環(huán)變量，將mazeij輸出 、(4)打印迷宮路徑void result_maze(int m,int n)用i,j循環(huán)變量，將mazeij輸出 、(5)搜索迷宮路徑 迷宮中隊列入隊操作void enqueue(struct point p)將p放入隊尾，tail+迷宮中隊列出隊操作struct point dequeue(stru

10、ct point p)head+,返回quehead-1判斷隊列是否為空int is_empty()返回head=tail的值，當隊列為空時，返回0訪問迷宮矩陣中節(jié)點void visit(int row,int col,int maze4141)建立新的隊列節(jié)點visit_point,將其值分別賦為row,col,head-1,mazerowcol=2,表示該節(jié)點以被訪問過;調用enqueue(visit_point),將該節(jié)點入隊路徑求解void mgpath(int maze4141,int m,int n)先定義入口節(jié)點為struct point p=0,0,-1,從maze00開始訪問

11、。如果入口處即為障礙，則此迷宮無解，返回0 ，程序結束。否則訪問入口節(jié)點，將入口節(jié)點標記為訪問過mazep.rowp.col=2,調用函數enqueue(p)將該節(jié)點入隊。判斷隊列是否為空，當隊列不為空時，則運行以下操作： 調用dequeue()函數，將隊頭元素返回給p，如果p.row=m-1且p.col=n-1,即到達出口節(jié)點，即找到了路徑，結束如果p.col+1<n且mazep.rowp.col+1=0,說明未到迷宮右邊界，且其右方有通路,則visit(p.row,p.col+1,maze),將右邊節(jié)點入隊標記已訪問如果p.row+1<m且mazep.row+1p.col=0,

12、說明未到迷宮下邊界，且其下方有通路,則visit(p.row+1,p.col,maze),將下方節(jié)點入隊標記已訪問如果p.col-1>0且mazep.rowp.col-1=0,說明未到迷宮左邊界，且其左方有通路,則visit(p.row,p.col-1,maze),將左方節(jié)點入隊標記已訪問如果p.row-1>0且mazep.row-1p.col=0,說明未到迷宮上邊界，且其上方有通路,則visit(p.row,p.col+1,maze),將上方節(jié)點入隊標記已訪問訪問到出口(找到路徑)即p.row=m-1且p.col=n-1,則逆序將路徑標記為3即mazep.rowp.col=3;w

13、hile(p.predecessor!=-1)p=queuep.predecessor; mazep.rowp.col=3; 最后將路徑圖形打印出來。3.菜單選擇 while(cycle!=(-1) 手動生成迷宮 請按：1 自動生成迷宮 請按：2 退出 請按：3 scanf("%d",&i); switch(i) case 1：請輸入行列數(如果超出預設范圍則提示重新輸入) shoudong_maze(m,n); print_maze(m,n); mgpath(maze,m,n); if(X!=0) result_maze(m,n);case 2 ：請輸入行列數(如

14、果超出預設范圍則提示重新輸入) zidong_maze(m,n); print_maze(m,n); mgpath(maze,m,n); if(X!=0) result_maze(m,n);case 3：cycle=(-1); break;注：具體源代碼見附錄3.3 調試分析（1）在調試過程中，首先使用的是棧進行存儲，但是產生的路徑是多條或不是最短路徑，所以通過算法比較，改用此算法。（2）在編寫 while 語句時，另一種情況（即當前位置不能通過時）也同樣出現(xiàn)在墻節(jié)點就直接往南走的情況，綜合上面的情況，同樣的，也是退位沒有賦值。這種錯誤比較難發(fā)現(xiàn)，往往只有在復雜的迷宮求解過程中才能發(fā)現(xiàn)。這類錯

15、誤屬于邏輯錯誤，調試不會顯示，需要自己拙句地查看和分析，并能充分的理解程序每一步的認識，才能發(fā)現(xiàn)并解決這樣的問題。 （3）在編寫MazePath函數時，當遇到墻（即遇到下一位置為1）時，直接從現(xiàn)在墻位置進行往南跳轉。以至有許多應該走的通路位置沒有走，而且使總共走的步數變短。在測試前期怎么也想不明白，出棧操作也有，退位也有，但就是不進行退到上一位置的操作。最后發(fā)現(xiàn)，少了一步把出棧的數進行賦值的操作。（4）在進行對迷宮的輸出時，變成按行輸出，得不到預期的迷宮結果，更不用說驗證其正確性。這就是粗心造成的 。 3.4 測試結果 1.手動輸入迷宮  2.自動生成迷宮 第二部分 設計總結4.1

16、課程設計總結通過這次的數據結構課程設計讓我對計算機的應用，數據結構的作用以及c語言的使用都有了更深的理解。尤其是C語言的進步讓我深刻的感受到任何所學的知識都需要實踐，沒有實踐就無法真正理解這些知識以及掌握它們，使其成為自己的財富。在理論學習和上機實踐的各個環(huán)節(jié)中，通過自主學習和請教老師，我收獲了不少。當然也遇到不少的問題，也正是因為這些問題引發(fā)的思考給我?guī)Я耸斋@。從當初不喜歡上機寫程序到現(xiàn)在能主動寫程序，從當初拿著程序不只如何下手到現(xiàn)在知道如何分析問題，如何用專業(yè)知識解決實際問題的轉變，我發(fā)現(xiàn)無論是專業(yè)知識還是動手能力，自己都有很大程度的提高。在這段時間里，我對for、while等的循環(huán)函數用

17、法更加熟悉，逐漸形成了較好的編程習慣。在老師的指導幫助下，同學們課余時間的討論中，這些問題都一一得到了解決。在程序的調試能力上，無形中得到了許多的提高。 在實際的上機操作過程中，不僅是讓我們了解數據結構的理論知識，更重要的是培養(yǎng)解決實際問題的能力，譬如迷宮的實現(xiàn)，面對問題時我學會了應該如何解決。同時，也讓我對棧這一章節(jié)有更深的體會，以及用不同的方法解決問題相比較得出較好的解決方案。數據結構課程設計的主要目的是介紹一些常用的數據結構，闡明數據結構內在的邏輯關系，討論它們在計算機中的存儲表示，并結合各種數據結構，討論對他們實行的各種運算的實現(xiàn)算法。 此次迷宮問題的求解及演示課程設計你在實際操作中也

18、犯了很多錯誤，這些錯誤同時也讓我意外的收獲了很多。對我所學的數據結構知識理論也得到鞏固。通過實際的設計和分析，讓我學會了編程的基本步驟和方法，同時也開發(fā)了自己的邏輯思維能力，提高了解決問題的能力。在不斷的遇到問題，不斷的解決問題的過程中，培養(yǎng)的專業(yè)的思維是最重要的，也是這次課程設計所要達到的目的，我很慶幸我做到了。4.2 參考文獻【1】數據結構（C語言版）嚴蔚敏 吳偉民 編著 清華大學出版社【2】數據結構 (C語言版） 秦鋒 編著 清華大學出版社【3】C+程序設計杜茂康 編著 清華大學出版社43 附錄（程序清單）：#include"stdlib.h"#includ

19、e"stdio.h"#define N 39#define M 39int X;int mazeN+2M+2;struct pointint row,col,predecessor;queue512;int head=0,tail=0;void shoudong_maze(int m,int n)int i,j;printf("nn");printf("請按行輸入迷宮，0表示通路，1表示障礙:nn");for(i=0;i<m;i+)for(j=0;j<n;j+) scanf("%d",&maze

20、ij);void zidong_maze(int m,int n)int i,j;printf("n迷宮生成中nn");system("pause");for(i=0;i<m;i+)for(j=0;j<n;j+)mazeij=rand()%2;/由于rand()產生的隨機數是從0到RAND_MAX/RAND_MAX是定義在stdlib.h中的,其值至少為32767)/要產生從X到Y的數,只需要這樣寫：k=rand()%(Y-X+1)+X; void print_maze(int m,int n)int i,j;printf("n迷宮

21、生成結果如下:nn");printf("迷宮入口n");printf("");for(i=0;i<m;i+)printf("n");for(j=0;j<n;j+) if(mazeij=0) printf(""); if(mazeij=1) printf("");printf("迷宮出口n");void result_maze(int m,int n)int i,j;printf("迷宮通路(用表示)如下所示：nt");for(i=0;

22、i<m;i+)printf("n"); for(j=0;j<n;j+) if(mazeij=0|mazeij=2) printf(""); if(mazeij=1) printf(""); if(mazeij=3) printf(""); void enqueue(struct point p)queuetail=p;tail+;struct point dequeue()head+;return queuehead-1;int is_empty()return head=tail;void visit

23、(int row,int col,int maze4141)struct point visit_point=row,col,head-1;mazerowcol=2;enqueue(visit_point);int mgpath(int maze4141,int m,int n)X=1;struct point p=0,0,-1;if(mazep.rowp.col=1)printf("n=n");printf("此迷宮無解nn");X=0;return 0;mazep.rowp.col=2;enqueue(p);while(!is_empty()p=de

24、queue();if(p.row=m-1)&&(p.col=n-1) break;if(p.col+1<n)&&(mazep.rowp.col+1=0) visit(p.row,p.col+1,maze);if(p.row+1<m)&&(mazep.row+1p.col=0) visit(p.row+1,p.col,maze);if(p.col-1>=0)&&(mazep.rowp.col-1=0) visit(p.row,p.col-1,maze);if(p.row-1>=0)&&(maz

25、ep.row-1p.col=0) visit(p.row-1,p.col,maze);if(p.row=m-1&&p.col=n-1)printf("n=n");printf("迷宮路徑為：n");printf("(%d,%d)n",p.row,p.col);mazep.rowp.col=3;while(p.predecessor!=-1)p=queuep.predecessor;printf("(%d,%d)n",p.row,p.col);mazep.rowp.col=3;else printf(

26、"n=n"); printf("此迷宮無解！nn");X=0;return 0;void main()int i,m,n,cycle=0;while(cycle!=(-1) printf("*n"); printf("t*歡迎使用迷宮模擬程序*n"); printf(" 設計者: 安徽工程大學 n"); printf("*n"); printf(" 手動生成迷宮 請按：1n"); printf(" 自動生成迷宮 請按：2n"); pri

27、ntf(" 退出 請按：3nn"); printf("*n"); printf("n"); printf("請選擇你的操作：n"); scanf("%d",&i); switch(i) case 1:printf("n請輸入行數：");scanf("%d",&m); printf("n"); printf("請輸入列數：");scanf("%d",&n); while(m<=0|m>39)|(n<=0|n>39) printf("n抱歉，你輸入的行列數超出預設范圍(0-39,0-39),請重新輸入：nn"); printf("請輸入行數：");scanf("%d",&m); printf("n"); printf("請輸入列數：");scanf("%d"