数据结构课程设计报告.docx

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1、数据结构课程设计报告数据结构课程设计 深度与广度优先搜索：迷宫问题 专班学业 级 号 软件工程 B软件121 1210701128 学生姓名 数据结构课程设计深度与广度优先搜索：迷宫问题 目 录 1 设计题目 . 1 2 设计分析 . 1 3 设计实现 . 3 4测试方法 . 3 4.1测试目的 . 8 4.2 测试输入 . 8 4.3 正确输出 . 9 4.4 实际输出 . 9 4.5 错误原因 . 10 5 分析与探讨 . 10 5.1 测试结果分析 . 10 5.2 探讨与改进 . 11 6 设计小结 . 11 数据结构课程设计深度与广度优先搜索:迷宫问题 1 设计题目 a)迷宫问题求解

2、的目标：寻找一条从入口点到出口点的通路。(迷宫可表示为一个二维平面图形，将迷宫的左上角作入口，右下角作出口。)例如，可以设计一个8*8矩阵maze88来表示迷宫，如下所示： 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 左下角maze00为起点，右下角maze77为终点；设“0”为通路，“1”为墙，既无法穿越。假设一只老鼠从起点出发，目的为右下角终点，可向“上、下、左、右、左上、左下、右

3、上、右下”8个方向行走。 b)设计程序要求：能自动生成或者手动生成这样一个8*8矩阵；针对这个矩阵，程序判断是否能从起点经过迷宫走到终点。如果不能，请指出；如果能，请用图形界面标出走出迷宫的路径。 2 设计分析 a)首先明确题目中的已知条件： 迷宫是一个8*8大小的矩阵。 从迷宫的左上角进入，右下角为迷宫的终点。 mazeij=0代表第i+1行第j+1列的点是通路；mazeij=1代表该点是墙，无法通行。 迷宫有两种生成方式：手工设定和自动生成。 当老鼠处于迷宫中某一点的位置上，它可以向8个方向前进，分别是：“上、下、左、右、左上、左下、右上、右下”8个方向。 要实现这个程序，首先要考虑如何表

4、示这个迷宫。在实例程序中使用二维数组,mazeN+2N+2来表示这个迷宫，其中N为迷宫的行、列数。当值为“0”时表示该点是通路，当值为“1”时表示该点是墙。老鼠在迷宫中的位置在任何时候都可以用行号row和列号col表示。 1 数据结构课程设计深度与广度优先搜索:迷宫问题 b)为什么指定mazeN+2N+2表示迷宫，而不是使用mazeNN来表示迷宫？ 原因是当老鼠跑到迷宫的边界点时就有可能跳出迷宫；而使用mazeN+2N+2就可以把迷宫的外面再包一层“1”，这样就能阻止老鼠走出格。 c)老鼠再每一点都有8种方向可以走，分别是：North，NorthEast,East,SouthEast,East

5、,South,SouthWest,West,NorthWest.可以用数组move8来表示在每一个方向上的横纵坐标的偏移量，见表21。根据这个数组，就很容易计算出沿某个方向行走后的下一点的坐标。 Name N NE E SE S SW W NW dir 0 1 2 3 4 5 6 6 Movedir.vert -1 -1 0 1 1 1 0 0 Movedir.horiz 0 1 1 1 0 -1 -1 -1 表21 8种方向move的偏移量 d)迷宫问题可以用深度优先搜索方法实现。当老鼠当老鼠在迷宫中移动的时候，可能会有多种移动选择方向。程序需要记录并用栈来保存当前点的坐标，然后任意选取一个

6、方向进行移动。由于应用栈保存了当前通道上各点的坐标，所以当前各方向上都走不通时可以返回上一个点，然后选择另一个方向前进。 可定义element结构用于存储每一步的横纵坐标和方向。 typedef struct short int row; short int col; short int dir; element; Element stackMAX _STACK_SIZE; 根据表21可推算出每次移动后的坐标。设当前的坐标是(row,col),移动的方向是dir，移动后的点是next,则有 next_row=row+movedir.vert; next_col=col+movedir.hori

7、z; 可用另一个二维数组markN+2来记录哪些点已经被访问过。当经过点mazerowcol时，相应地将markrowcol的值从0置为1。 2 数据结构课程设计深度与广度优先搜索:迷宫问题 e)本程序支持自动生成迷宫。利用random(2)函数可随机产生0或1，来支持迷宫的自动生成。注意mazeNN和maze11一定要等于0，因为他们分别是起点和终点。 f)如果找到了一条走出迷宫的路径，则需要在屏幕中打印出走出迷宫的信息。这里要用到graphics.h。为画出效果图，可使用circle函数画圆，outtexttxy函数标记文字，并用line函数来划线。 g)程序的主要函数如下： 函数void

8、 add(int*top,element item)，将当前步的信息item压入到作为全局变量的栈stack(栈顶为top)中。 函数element delete(int * top)，返回stack中栈顶的元素。 函数void path(void)，采用深度优先搜索算法，首先取出栈顶元素作为当前点选择一个方向前进到下一个点；然后，将下一个点压入栈，并将二维数组mark中对应的值改为1，表示该点已经走到了。反复执行上面两步，当走到一个点不能再走下去了，并且这个点不是终点，则这个点的上一个点会从栈中被跑抛出，从而“回朔”到上一点；当遇到终点时，程序结束，找到一条路径；当在程序循环过程中遇到栈为空

9、，则说明该迷宫根本无法走到终点。 3 设计实现 /*This program can be compiled under VC6.0*/ #include #include #include #include #include #define N 8 N*N /*最大栈容量 */ 1 0 #define MAX_STACK_SIZE #define TRUE #define FALSE #define LEN typedef struct (300/N) /*结构体记录每一步的横坐标，纵坐标和方向*/ short int row; short int col; 3 数据结构课程设计深度与广度优

10、先搜索:迷宫问题 short int dir; element; element stackMAX_STACK_SIZE; /*结构体记录水平和垂直的偏移量*/ typedef struct short int vert; short int horiz; offsets; /* 8个方向的move */ /*二维数组记录迷宫*/ /*记录迷宫中每点是否可到达*/ offsets move8; int mazeN+2N+2; int markN+2N+2; int EXIT_ROW = N, EXIT_COL = N; /*在栈中加入一个元素*/ void add(int *top, elem

11、ent item) /*返回栈中顶部的元素*/ element delete_top(int *top) if (*top = -1) printf(The stack is empty ! n); exit(1); if (*top = MAX_STACK_SIZE - 1) printf(The stack is full!n); return; stack+*top = item; return stack(*top)-; /*输出走出迷宫的路径*/ void path(void) int i, j, k, row, col, next_row, next_col, dir, found

12、 = FALSE; int gd=VGA; int gm=VGAHI; 4 数据结构课程设计深度与广度优先搜索:迷宫问题 /*-* | | | | | | i - next_row - dir - found - 用来循环计数 | 移动后的位置的横坐标 | 移动的方向 | 标志路径是否发现 | row , col - 当前位置的坐标 | next_col - 移动后的位置的纵坐标 | *-*/ element position; int top = 0; mark11 = 1; stack0.row = 1; stack0.col = 1; stack0.dir = 1; /*第一步的状态*/

13、 move0.vert = -1; move0.horiz = 0 ; move1.vert = -1; move1.horiz = 1 ; move2.vert = 0 ; move2.horiz = 1 ; move3.vert = 1 ; move3.horiz = 1 ; move4.vert = 1 ; move4.horiz = 0 ; move5.vert = 1 ; move5.horiz = -1; move6.vert = 0 ; move6.horiz = -1; move7.vert = -1; move7.horiz = -1; initgraph(&gd,&gm,)

14、; /* 指定了八个方向*/ /*-* | 主要算法描述: | | 当stack不为空,移动到stack顶部的位置 | /* maze11已经被走过了*/ | 试着向各个方向移动，如果可以移动就移动到 | | 下一个位置并把它标志成1。 | | 然后保存状态并加入到stack中 | | | 如果路径被破坏，或者不存在，就将其删除 | 并返回到上一点继续遍历其他方向的点 | | 直到一条路径被发现。 | *-*/ while ( top -1 & !found) /*stack不为空*/ 5 数据结构课程设计深度与广度优先搜索:迷宫问题 position = delete_top(&top);

15、/*删除stack中的元素*/ row = position.row; col = position.col; dir = position.dir; while (dir 8 & !found) next_row = row + movedir.vert; next_col = col + movedir.horiz; if (next_row = EXIT_ROW & next_col = EXIT_COL) found = TRUE; /*发现路径*/ else if ( !mazenext_rownext_col & !marknext_rownext_col) /*如果这点没有被走过

16、并且可以走*/ marknext_rownext_col = 1; /*设成1*/ position.row = row; position.col = col; position.dir = +dir; add(&top, position); row = next_row; col = next_col; dir = 0; /* 移动到下一个点 */ /*尝试其他方向*/ /*加入到stack*/ else +dir; for(k=1;k=N;k+) setcolor(WHITE); circle(j*LEN,k*LEN,10); setcolor(MAGENTA); outtextxy(

17、j*LEN-2,k*LEN-2,mazekj?1:0); if (found) /* 如果发现路径，则打印出来*/ outtextxy(20,10,The path is:); for(j=1;j=N;j+) 6 数据结构课程设计深度与广度优先搜索:迷宫问题 setcolor(YELLOW); for (i=0; i top;i+) line(stacki.col*LEN, stacki.row*LEN,stacki+1.col*LEN,stacki+1.row*LEN); void main int i, j, c; srand(time(0); system(cls); for (i=0;

18、iN+2;i+) maze0i=1; mazei0=1; mazeN+1i=1; mazeiN+1=1; line(stacki.col*LEN, stacki.row*LEN,col*LEN,row*LEN); line(col*LEN, row*LEN,EXIT_COL*LEN,EXIT_ROW*LEN); /* 否则打印不存在信息*/ else outtextxy(20,10,The maze does not have a path); /* 将迷宫的四周设为1 */ printf(Would you like to input the maze by youself?nYes or

19、No?); c = getchar; if(c=Y | c= y) printf(Enter the %d * %d maze:n,N,N); /*手动输入*/ else printf(The maze is created by the computer:n); for (i=1; iN+1; i+) for (i=1; iN+1; i+) for(j=1; jN+1; j+) scanf(%d,&mazeij); 7 数据结构课程设计深度与广度优先搜索:迷宫问题 for(j=1; jN+1; j+) mazeij=rand%2; mazeNN = 0; maze11 = 0; for(i=

20、1;iN+1;i+) path; getch; /* 调用函数path */ for(j=1;jN+1;j+) printf(%3d,mazeij); printf(n); 4测试方法 4.1测试目的 针对迷宫生成方式不同，本程序的测试分为两类：手动输入迷宫测试和计算机自动生成迷宫测试。另外，根据测试用例不同也可以分为两类：有解迷宫测试无解迷宫测试。即检查是否可以自动生成或手动生成一个m*n的迷宫，并判断生成的迷宫图是否可从入口不经过重复点通过路“0”走向出口。 4.2 测试输入 a)按Y或y手动生成迷宫矩阵(有解迷宫)：先输入8*8的矩阵 b)按任意键自动生成迷宫矩阵： 8 数据结构课程设计

21、深度与广度优先搜索:迷宫问题 c) 按任意键自动生成迷宫矩阵： 4.3 正确输出 不管是手动生成还是自动生成迷宫，走数字为零的点且不经过重复点走向出口。如果没有通路则失败。 4.4 实际输出 a)给出的迷宫路线如图： b)对于自动生成电脑路线，给出的迷宫路线： 9 数据结构课程设计深度与广度优先搜索:迷宫问题 c) 对于有些自动生成的迷宫，可能不可以完成走迷宫： 4.5 错误原因 走迷宫失败原因是从入口通向出口的路上被墙“1”给堵住了，则无法走向出口。即没有一条从入口到出口的通路。 5 分析与探讨 5.1 测试结果分析 a.手动生成的迷宫图是由一个8*8的矩阵构成的，这是由最大栈容量10 数据

22、结构课程设计深度与广度优先搜索:迷宫问题 MAX_STACK_SIZE决定的，0为路，1为墙，并且可以上、下、左、右、左上、左下、右上、右下行走，且不会走已经走过的点。最终从左上入口点开始到右下出口点结束。 b.自动生成的迷宫图同样遵循迷宫行走法则。 5.2 探讨与改进 上述的实验代码及实验结果都是在vc中进行的。因为turbo c现在有很多人不用且我习惯用的是vc，所以我用vc写。教学中给的代码适合在turbo C中进行，从源代码到现在代码的改进以及为完成实验要求。需先在vc中安装graphics.h和graphics.lib文件。并修改一些方法如random(2)改成rand%2，clrs

23、cr改成system(“cls”)，randomize改成srand(time(0)，delete改为delete_top，并需加入time.h和conio.h文件。由此可见c和c+还是有区别的。安装了graphics文件后，vc能更好的绘制图。且最终的结果也是对的。 6 设计小结 在这次为期五个半天的课程设计里，也让我从中有所收获。虽说是五个半天，但在课后还是花了不少时间。 首先就由于用的是C语言编写，所以又拿起了大一的C教材课本，以此来弥补一些知识，但最主要的还是数据结构教材。看教材中的程序时，发现一个程序设计就是算法与数据结构的结合体，看程序有时都看不懂，更别提自己编译了，觉得自己在这方

24、面需要掌握的内容还有很多狠多。 在这次课程设计中，碰到了一个可以说是很巨大的难题，在编译的时候，用了很多编译软件，可是就是不行，“#include”,这其实是TC里的一个图形库，在visual C里编译时不行的，会显示有一个错误，但在turbo C 3.0也碰到了问题，代码不可以完全输入到编辑器中，导致最后还是无法运行。最后在网上找了有关的代码，安装了相关图形文件进去，试了试，对代码进行了改动，终于成功，期间问了同学，探讨问题，互帮互助，攻克难题。 通过这段时间的课程设计，我认识到数据结构是一门比较难的课程。需要多花时间上机练习。这次的程序训练培养了我实际分析问题、编程和动手能力，使我掌握了程序设计的基本技能，提高了我适应实际，实践编程的能力。 总的来说，这次课程设计让我获益匪浅，对数据结构也有了进一步的理解和认识。但也让我认识到我还有很多的不足，需要大量的学习，以此来达到能力的提高及熟练的应用。 11