宿迁学院数据结构课程设计报告 迷宫游戏.docx
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宿迁学院数据结构课程设计报告迷宫游戏
《数据结构》课程设计报告
课题名称:
__迷宫问题
专业班级:
09计本一
学号:
20090302149
姓名:
张宇豪
指导老师:
刘杰
2010年12月
一、课程名称
迷宫问题
二、课题设计的基本思想,原理和算法描述
由于计算机解迷宫时,通常用的是群举的方法,即从入口出发,顺某一方向搜索。
若能走通,则继续往前走;否则沿原路退回,换一个方向再继续搜索,直至所有可能的通路都搜索完为止。
为了保证在任何位置上都能沿原路返回,这就需要一个后进先出的结构来存储起位置,所以用到了栈的概念。
在问题的求解过程中,用到了对栈的定义、栈的初始化、栈的空间的申情、栈的销毁等有关栈的知识。
通过这次课程设计可让我们更深一步的了解栈的概念。
在解决问题的过程中初步懂的如何去选择合适的方法去处理问题,提高解决问题的效率。
1.①构建一个二维数组maze[M+2][N+2]用于存储迷宫矩阵
②自动或手动生成迷宫,即为二维数组maze[M+2][N+2]赋值
③构建一个队列用于存储迷宫路径
④建立迷宫节点structpoint,用于存储迷宫中每个节点的访问情况
⑤实现搜索算法
⑥屏幕上显示操作菜单
2.本程序包含10个函数:
(1)主函数main()
(2)手动生成迷宫函数shoudong_maze()
(3)自动生成迷宫函数zidong_maze()
(4)将迷宫打印成图形print_maze()
(5)打印迷宫路径(若存在路径)result_maze()
(6)入队enqueue()
(7)出队dequeue()
(8)判断队列是否为空is_empty()
(9)访问节点visit()
(10)搜索迷宫路径mgpath()
3.3详细设计
实现概要设计中定义的所有数据类型及操作的伪代码算法
1.节点类型和指针类型
迷宫矩阵类型:
intmaze[M+2][N+2];为方便操作使其为全局变量
迷宫中节点类型及队列类型:
structpoint{introw,col,predecessor}que[512]
2.迷宫的操作
(1)手动生成迷宫
voidshoudong_maze(intm,intn)
{定义i,j为循环变量
for(i<=m)
for(j<=n)
输入maze[i][j]的值
}
(2)自动生成迷宫
voidzidong_maze(intm,intn)
{定义i,j为循环变量
for(i<=m)
for(j<=n)
maze[i][j]=rand()%2//由于rand()产生的随机数是从0到RAND_MAX,RAND_MAX是定义在stdlib.h中的,其值至少为32767),要产生从X到Y的数,只需要这样写:
k=rand()%(Y-X+1)+X;
}
(3)打印迷宫图形
voidprint_maze(intm,intn)
{用i,j循环变量,将maze[i][j]输出□、■}
(4)打印迷宫路径
voidresult_maze(intm,intn)
{用i,j循环变量,将maze[i][j]输出□、■、☆}
(5)搜索迷宫路径
①迷宫中队列入队操作
voidenqueue(structpointp)
{将p放入队尾,tail++}
②迷宫中队列出队操作
structpointdequeue(structpointp)
{head++,返回que[head-1]}
③判断队列是否为空
intis_empty()
{返回head==tail的值,当队列为空时,返回0}
④访问迷宫矩阵中节点
voidvisit(introw,intcol,intmaze[41][41])
{建立新的队列节点visit_point,将其值分别赋为row,col,head-1,maze[row][col]=2,表示该节点以被访问过;调用enqueue(visit_point),将该节点入队}
⑤路径求解
voidmgpath(intmaze[41][41],intm,intn)
{先定义入口节点为structpointp={0,0,-1},从maze[0][0]开始访问。
如果入口处即为障碍,则此迷宫无解,返回0,程序结束。
否则访问入口节点,将入口节点标记为访问过maze[p.row][p.col]=2,调用函数enqueue(p)将该节点入队。
判断队列是否为空,当队列不为空时,则运行以下操作:
{调用dequeue()函数,将队头元素返回给p,
如果p.row==m-1且p.col==n-1,即到达出口节点,即找到了路径,结束
如果p.col+1 如果p.row+1 如果p.col-1>0且maze[p.row][p.col-1]==0,说明未到迷宫左边界,且其左方有通路,则visit(p.row,p.col-1,maze),将左方节点入队标记已访问 如果p.row-1>0且maze[p.row-1][p.col]==0,说明未到迷宫上边界,且其上方有通路,则visit(p.row,p.col+1,maze),将上方节点入队标记已访问 } 访问到出口(找到路径)即p.row==m-1且p.col==n-1,则逆序将路径标记为3即maze[p.row][p.col]==3; while(p.predecessor! =-1) {p=queue[p.predecessor];maze[p.row][p.col]==3;} 最后将路径图形打印出来。 3.菜单选择 while(cycle! =(-1)) ☆手动生成迷宫请按: 1 ☆自动生成迷宫请按: 2 ☆退出请按: 3 scanf("%d",&i); switch(i) {case1: 请输入行列数(如果超出预设范围则提示重新输入) shoudong_maze(m,n); print_maze(m,n); mgpath(maze,m,n); if(X! =0)result_maze(m,n); case2: 请输入行列数(如果超出预设范围则提示重新输入) zidong_maze(m,n); print_maze(m,n); mgpath(maze,m,n); if(X! =0)result_maze(m,n); case3: cycle=(-1);break; } 4、函数关系调用图 三、源程序及注释 #include"stdlib.h" #include"stdio.h" #defineN39 #defineM39 intX; intmaze[N+2][M+2]; structpoint{ introw,col,predecessor; }queue[512]; inthead=0,tail=0; voidshoudong_maze(intm,intn){ inti,j; printf("\n\n"); printf("请按行输入迷宫,0表示通路,1表示障碍: \n\n"); for(i=0;i for(j=0;j scanf("%d",&maze[i][j]); } voidzidong_maze(intm,intn){ inti,j; printf("\n迷宫生成中……\n\n"); system("pause"); for(i=0;i for(j=0;j maze[i][j]=rand()%2; //由于rand()产生的随机数是从0到RAND_MAX //RAND_MAX是定义在stdlib.h中的,其值至少为32767) //要产生从X到Y的数,只需要这样写: k=rand()%(Y-X+1)+X; } voidprint_maze(intm,intn){ inti,j; printf("\n迷宫生成结果如下: \n\n"); printf("迷宫入口\n"); printf("↓"); for(i=0;i {printf("\n"); for(j=0;j {if(maze[i][j]==0)printf("□"); if(maze[i][j]==1)printf("■");} } printf("→迷宫出口\n"); } voidresult_maze(intm,intn){ inti,j; printf("迷宫通路(用☆表示)如下所示: \n\t"); for(i=0;i {printf("\n"); for(j=0;j {if(maze[i][j]==0||maze[i][j]==2)printf("□"); if(maze[i][j]==1)printf("■"); if(maze[i][j]==3)printf("☆"); } } } voidenqueue(structpointp){ queue[tail]=p; tail++; } structpointdequeue(){ head++; returnqueue[head-1]; } intis_empty(){ returnhead==tail; } voidvisit(introw,intcol,intmaze[41][41]){ structpointvisit_point={row,col,head-1}; maze[row][col]=2; enqueue(visit_point); } intmgpath(intmaze[41][41],intm,intn){ X=1; structpointp={0,0,-1}; if(maze[p.row][p.col]==1) {printf("\n===============================================\n"); printf("此迷宫无解\n\n");X=0;return0;} maze[p.row][p.col]=2; enqueue(p); while(! is_empty()) {p=dequeue(); if((p.row==m-1)&&(p.col==n-1))break; if((p.col+1 if((p.row+1 if((p.col-1>=0)&&(maze[p.row][p.col-1]==0))visit(p.row,p.col-1,maze); if((p.row-1>=0)&&(maze[p.row-1][p.col]==0))visit(p.row-1,p.col,maze); } if(p.row==m-1&&p.col==n-1) {printf("\n==================================================================\n"); printf("迷宫路径为: \n"); printf("(%d,%d)\n",p.row,p.col); maze[p.row][p.col]=3; while(p.predecessor! =-1) {p=queue[p.predecessor]; printf("(%d,%d)\n",p.row,p.col); maze[p.row][p.col]=3; } } else{printf("\n=============================================================\n"); printf("此迷宫无解! \n\n");X=0;} return0; } voidmain() {inti,m,n,cycle=0; while(cycle! =(-1)) { printf("********************************************************************************\n"); printf("欢迎进入迷宫求解系统\n"); printf("设计者: 张宇豪\n"); printf("********************************************************************************\n"); printf("☆手动生成迷宫请按: 1\n"); printf("☆自动生成迷宫请按: 2\n"); printf("☆退出请按: 3\n\n"); printf("********************************************************************************\n"); printf("\n"); printf("请选择你的操作: \n"); scanf("%d",&i); switch(i) {case1: printf("\n请输入行数: ");scanf("%d",&m); printf("\n"); printf("请输入列数: ");scanf("%d",&n); while((m<=0||m>39)||(n<=0||n>39)) {printf("\n抱歉,你输入的行列数超出预设范围(0-39,0-39),请重新输入: \n\n"); printf("请输入行数: ");scanf("%d",&m); printf("\n"); printf("请输入列数: ");scanf("%d",&n); } shoudong_maze(m,n); print_maze(m,n); mgpath(maze,m,n); if(X! =0)result_maze(m,n); printf("\n\nPressEnterContiue! \n");getchar();while(getchar()! ='\n');break; case2: printf("\n请输入行数: ");scanf("%d",&m); printf("\n"); printf("请输入列数: ");scanf("%d",&n); while((m<=0||m>39)||(n<=0||n>39)) {printf("\n抱歉,你输入的行列数超出预设范围(0-39,0-39),请重新输入: \n\n"); printf("请输入行数: ");scanf("%d",&m); printf("\n"); printf("请输入列数: ");scanf("%d",&n); } zidong_maze(m,n); print_maze(m,n); mgpath(maze,m,n); if(X! =0)result_maze(m,n); printf("\n\nPressEnterContiue! \n");getchar();while(getchar()! ='\n');break; case3: cycle=(-1);break; default: printf("\n");printf("你的输入有误! \n"); printf("\nPressEnterContiue! \n");getchar();while(getchar()! ='\n');break; } } } 四、运行示例及结果分析 调试分析 在调试过程中,首先使用的是栈进行存储,但是产生的路径是多条或不是最短 路径,所以通过算法比较,改用此算法 测试结果 1.手动输入迷宫 2.自动输入迷宫 输入行和列 迷宫生成 生成结果 五、调试和运行程序过程中产生的问题及采取的措施 在调试过程中,首先使用的是栈进行存储,但是产生的路径是多条或不是最短路 径,所以通过算法比较,改用此算法 六、对课题相关算法的讨论、分析,改进设想 用二维数组表示二维迷宫中各个点是否有通路,在二维迷宫里面,从出发点开始,每个点按四邻域计算,按照右、上、左、下的顺序搜索一下落脚点,有路则走,无路即退回前点再从下一个方向搜索,即可构成一有序模型。 栈用顺序结构实现。 通过前面分析,我们知道在试探过程中为了能够沿着原路逆序回退,就需要一种数据结构来保存试探过程中曾走过的点的下标及从该点前进的方向,在不能继续走下去时就要退回前一点继续试探下一个方向,栈底元素是入口,栈顶元素是回退的第一站,也即后走过的点先退回,先走过的点后退回,与栈的“后进选出,先进后出”特点一致,故在该问题求解的程序中可以采用栈这种数据结构。 在迷宫有通路时,栈中保存的点逆序连起来就是一条迷宫的通路,否则栈中没有通路。 七、总结 在这一周半的数据结构课程设计中,我的题目是: 迷宫问题,这一周半课程设计中,通过该题目的设计过程,我加深了对栈的逻辑结构,存储结构及入栈出栈过程的理解,对栈的基本运算的实现有所掌握,对课本中所学的各种数据结构进一步理解和掌握,学会了如何把学到的知识用于解决实际问题,锻炼了自己动手的能力。 一个人要完成所有的工作是非常困难和耗时的。 在以后的学习中我会更加注意各个方面的能力的协调发展。 在课程设计时遇到了很多的问题,在老师的帮助,和对各种资料的查阅中,将问题解决,培养了我自主动手,独立研究的能力,为今后在学习工作中能更好的发展打下了坚实的基础。 一周半的课程设计很短暂,但其间的内容是很充实的,在其中我学习到了很多平时书本中无法学到的东西,积累了经验,锻炼了自己分析问题,解决问题的能力,并学会了如何将所学的各课知识融会,组织,来配合学习,一周半中我收益很大,学到很多。 八、参考文献 参考资料: [1]朱蓉,《数据结构实验指导书》 [2]严蔚敏吴伟民,.数据结构(C语言版),1999,清华大学出版社; [3]严蔚敏吴伟民,.数据结构题集(C语言版),1999,清华大学出版社; [4]徐孝凯,数据结构课程实验,2002,清华大学出版社; [5]孟佳娜胡潇琨,算法与数据结构实验与习题,2004,机械工业出版社;
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