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1、 数据结构实训报告 设 计 题 目：迷宫的求解（B）系 别：XXXXXXXXXX 专 业(方 向)：XXXXXXXX 年 级、班：XXXXXXXXXXXX 学 生 姓 名：XXX 学 生 学 号：XXXXXX 指 导 教 师：XXX 日 期：XXXX年 XX 月 XX 号 目录 一、系统开发的背景 二、系统分析与设计 （一）系统的分析（二）系统的具体分析设计 三、系统的功能要求.（一）系统模块结构设计 四、系统的设计与实现 （一）在栈中实现迷宫的具体操作（二）栈的生成（三）整个系统的生成流程图 五、程序测试与步骤 （一）测试迷宫与栈问题可通的程序设计.（二）测试迷宫与栈问题不可通的程序设计 六
2、、总结 七、附件（代码、部分图表）1 迷宫的求解 一、系统开发的背景 迷宫求解其实就是迷宫与栈的问题，训练老鼠在迷宫中寻找食物。于是，老鼠过迷宫问题就此产生，这是一个很有趣的计算机问题，主要利用“栈”是老鼠通过尝试的办法从入口穿过迷宫走到出口。迷宫只有两个门，一个叫做入口，另一个叫做出口。把一只老鼠从一个无顶盖的大盒子的入口处赶进迷宫。迷宫中设置很多隔壁，对前进方向形成了多处障碍，在迷宫的唯一出口处放置了一块奶酪，吸引老鼠在迷宫中寻找通路以到达出口。为了使迷宫更佳富有趣味性，按照设计要求，我还设置地雷，如果老鼠在前进的过程中踩到地雷，则要重新回到入口，继续寻找能吃到奶酪的通路。求解迷宫问题，即
3、找出从入口到出口的路径。而数据结构则是数据的组织形式，可以用来表示特定的对象数据，在计算机中对数据的一种存储和组织形式，因此选用栈思想实现迷宫游戏的基本操作，也是我设计迷宫求解的基本背景。二、系统分析与设计(一)系统分析：迷宫问题通常是用“穷举求解”方法解决，即从入口出发，顺着某个方向进行搜索，若能走通，则继续往前走；否则沿着原路退回，换一个方向继续探索，直至出口位置，求得一条通路。假如所有可能的通路都探索到而未能到达出口，则所设定的迷宫没有通路。另外附加的老鼠踩地雷则类似于是在通路上埋藏的隐形墙，如果踩到到雷则返回起点，寻找下一条 2 通路。栈是一个后进先出的结构，可以用来保存从入口到当前位
4、置的路径。定义迷宫类型来存储迷宫数据，通常设定入口点的下标，出口点的下标，为处理方便起见，在迷宫的周围加一圈障碍，对于迷宫任何一个位置均约定为东、西、南、北四个方向，而东北、东南、西北、西南则是需要利用到两个下标进行移动。(二)系统具体设计 在某个点上，按照一定的顺序（在本程序中顺序为上、右、下、左，而东北、东南、西北、西南利用的是两个下标移动）对周围的墙、路进行判断（在本程序中分别用 1、0 代替），若周围某个位置为 0，则移动到该点上，再进行下一次判断；若周围的位置都为 1（即没有通路），则一步步原路返回并判断有无其他通路，然后再次进行相同的判断，直到走到终点为止，或者确认没有任何通路后终
5、止程序，附加踩雷（在本程序中用 5 代替）则返回到起点重新寻找下一条通路，并显示踩雷路线。要实现上述算法，需要用到栈的思想。栈里面压的是走过的路径，若遇到死路，则将该位置（在栈的顶层）弹出，再进行下一次判断；若遇到通路，则将该位置压栈并进行下一次判断。如此反复循环，直到程序结束。此时，若迷宫有通路，则栈中存储的是迷宫通路坐标的倒序排列，再把所有坐标顺序打印后，即可得到正确的迷宫通路，附加的踩雷则是相当于在通路上隐形了一道墙，踩雷，则从栈顶弹出，返回起点，再进行二次判断另一条通路。三、系统功能要求 3（1）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归程序。求得的通路以三元组（
6、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，输出一条通路为：（1，1，1），（1，2，2），（2，2，2），（3，2，3），（3，1，2），。（2）编写递归形式的算法，求得迷宫中所有可能的通路。（3）以方阵形式输出迷宫及其通路。（一）系统模块结构设计 通过对系统功能的分析，迷宫与栈问题的功能如图 1 所示。图 1：迷宫实现的主函数功能图 通过上图的功能分析，把整个系统划分为 2 个模块：1、通过栈后进先出的结构，实现栈判断，首先判断栈是否为空，如果不为空，则实现栈中基本的入栈，出栈的实现。顺序栈是用一组地址连续主函数 初始化
7、栈 入栈 出栈 判断栈是否为空 判断方向 留下足迹 判 断 能 否 通过，是否踩雷 初始化迷宫 求解所有路径 输出迷宫 留下标记 4 的 内存单元依次保存栈中的运算规则，在链式存储中链表首部 head 指针所指向元素为栈顶元素，栈表尾部指向地址为 NULL 为栈底。2、借助函数的嵌套与使用，由 while 语句对整体进行控制，return语句控制跳出函数，判断在迷宫中是否有出路，如果有出路，则通过东，西，南，北的方向进行路径的输出；如果无出路，则说明此迷宫不能走出。四、系统的设计与实现（一）在栈中实现迷宫的基本操作 分析：首先输出表头，然后依次输入想要实现的步骤。功能图如图 2所示。入口，出口
8、位置传人方法里 判断当前是否通过 循环不结束，无解迷宫 将元素入栈 是否到达迷宫出口 右边是否存在通路 上边是否存在通路 下边是否存在通路 左边是否存在通路 5 图 2：迷宫的实现功能图 该模块的具体代码如下所示。void Maze:lujing()int i,j,d;int a,b;lianzhan elem,e;PLStack S1,S2,S3;InitStack(S1);InitStack(S2);InitStack(S3);mazestart.xstart.y=2;/入口点作上标记 elem.x=start.x;elem.y=start.y;elem.d=-1;/开始为-1 Push(
9、S1,elem);again:while(!StackEmpty(S1)/栈不为空 有路径可走 Pop(S1,elem);i=elem.x;j=elem.y;d=elem.d+1;/下一个方向 while(d4)/试探东南西北各个方向 a=i+diraddd0;b=j+diraddd1;if(mazeab=5)while(S1)/逆置序列 并输出迷宫路径序列 存在结点入栈 有解迷宫 6 Pop(S1,e);Push(S3,e);mazeab=1;for(i=0;i m;i+)for(j=0;j elem=e;/将元素值置入结点数据域 p-next=S;/原栈顶结点昨晚新结点后继 S=p;/将新
10、结点置为栈顶 return 1;int Maze:Pop(PLStack&S,lianzhan&e)/栈顶元素出栈 PLStack p;if(!StackEmpty(S)e=S-elem;p=S;S=S-next;delete p;/释放结点 return 1;else return 0;9（三）整个系统的生成流程图 N Y Y N Y Y N Y N N 初始化 判断输入的数据 创建并输入迷宫 前 方 是否 有 墙或者雷 前行 左方 右方 后转 右转 左转 用户输入迷宫输入迷宫行输入迷宫列 用户输入入口，出口 1 0 Y 五、程序测试与步骤（一）测试迷宫与栈问题的可通程序设计 测试该函数使用
11、的测试方法，测试的具体步骤，测试用例的选取，测试的结果。是否找到出路终点 输出迷宫通路 结束 1 1 图 4：在测试中可以找到迷宫和踩雷路径 （二）测试迷宫与栈问题的不可通程序设计 测试该函数使用的测试方法，测试的具体步骤，测试用例的选取，测试的结果。1 2 图 5：在测试中并未找到迷宫路径 六、总结 迷宫求解首先实现了随机输入 m 和 n 的值，自己设定一个矩阵的行与 1 3 列，在给定空间内控制了迷宫的范围，再从电脑中输入“0”为通路，“1”为围墙显示出一个迷宫的雏形来，最终通过 for循环给写好的迷宫加一个围墙，得到我们想要的结果，并且给定迷宫的入口和出口，从而寻找到迷宫的可同路径或者说
12、入口处进入后，并不能找到可通路径从而退出。而我定义“5”为地雷，这样小老鼠就能愉快的踩雷回到起点了，重新进行下一步的通路探测。也可以循环使用此程序。系统在设计过程中我只考虑到了迷宫中给定入口和出口，在选择路径时仅有东、西、南、北，这四个方向寻找出口，而不是更加全面的在东南、东北、西南、西北，方向同时寻找迷宫的出路，因此这一点是我认为考虑很不周到的，但是我已经对这个功能有了初步设想，利用移动两次下标进行东南、东北、西南、西北的方向实现，希望能够在今后的学习中更好的完善，让这个迷宫求解更加的充实。我的收获是这次的课程设计的内容是使用 C+和数据结构来实现栈的应用，这对我来说是个很具有挑战性的任务，
13、虽然只做了一个迷宫与栈的问题，而且运行起来有很大的局限性，但通过两星期的设计也从中学到了不少的东西，更多的了解到了课本中丰富的内容。数据结构是一门实践性较强的课程，为了学好这门课程，必须在掌握理论知识的同时，加强上机实践。同时再次深刻的了解了数据结构中数组与基本函数之间的调用，并且使用顺序结构，选择结构，循环结构的嵌套，根据实际问题的需要实现迷宫与栈问题。在本次课程设计中，我明白了理论与实际相结合的重要性，并提高了自己组织数据及编写程序的能力，挺高了综合运用所学知识的能力。1 4 七、附件（代码、部分图表）#include using namespace std;#define M 20/行#
14、define N 20/列 int m,n;int diradd42=0,1,1,0,0,-1,-1,0 ;/行增量和列增量 方向依次为东西南北 struct Zuobiao/定义迷宫内点的坐标类型 int x;int y;struct lianzhan/链栈元素 int x,y;/x 行,y 列 int d;/d 为下一步的方向;typedef struct LStack/链栈 lianzhan elem;struct LStack*next;*PLStack;/*栈函数*/class Maze public:Maze();Maze();int InitStack(PLStack&S);/构
15、造空栈 int StackEmpty(PLStack S);/判断栈是否为空 int Push(PLStack&S,lianzhan e);/在栈中放入一个新的数据元素（进栈）int Pop(PLStack&S,lianzhan&e);/栈顶元素出栈 /*求迷宫路径函数*/void lujing();void initmaze();void input();private:int mazeMN;1 5 struct Zuobiao start,end;/start,end 入口和出口的坐标 ;int main()int s;Maze example;cout endl;小老鼠吃奶酪小老鼠吃奶酪
16、 cout endl;cout endl;cout endl;example.initmaze();/建立迷宫 example.input();/输入 example.lujing();/路径 cout endl;cout endl;cout endl;cout s;if(s=1)main();else GAME OVER！#谢谢进入迷宫游戏！谢谢进入迷宫游戏！return 0;Maze:Maze()Maze:Maze()int Maze:InitStack(PLStack&S)/构造空栈 1 6 S=NULL;return 1;int Maze:StackEmpty(PLStack S)/判
17、断栈是否为空 if(S=NULL)return 1;else return 0;int Maze:Push(PLStack&S,lianzhan e)/在栈中放入一个新的数据元素（进栈）PLStack p;p=(PLStack)malloc(sizeof(LStack);/申请新的栈顶结点空间 p-elem=e;/将元素值置入结点数据域 p-next=S;/原栈顶结点昨晚新结点后继 S=p;/将新结点置为栈顶 return 1;int Maze:Pop(PLStack&S,lianzhan&e)/栈顶元素出栈 PLStack p;if(!StackEmpty(S)e=S-elem;p=S;S=
18、S-next;delete p;/释放结点 return 1;else return 0;/*求迷宫路径函数*/void Maze:lujing()int i,j,d;int a,b;lianzhan elem,e;PLStack S1,S2,S3;InitStack(S1);InitStack(S2);InitStack(S3);1 7 mazestart.xstart.y=2;/入口点作上标记 elem.x=start.x;elem.y=start.y;elem.d=-1;/开始为-1 Push(S1,elem);again:while(!StackEmpty(S1)/栈不为空 有路径可走
19、 Pop(S1,elem);i=elem.x;j=elem.y;d=elem.d+1;/下一个方向 while(d4)/试探东南西北各个方向 a=i+diraddd0;b=j+diraddd1;if(mazeab=5)while(S1)/逆置序列 并输出迷宫路径序列 Pop(S1,e);Push(S3,e);mazeab=1;for(i=0;i m;i+)for(j=0;j m;请输入迷宫的列数请输入迷宫的列数 cin n;cout endl;请用空格隔开输入迷宫的各行各列(0 代表路,1 代表墙，5 代表地雷代表地雷 for(i=1;i=m;i+)for(j=1;j mazeij;以下展示的是我所建立的迷宫以下展示的是我所建立的迷宫 for(i=0;i=m+1;i+)/加一圈围墙 mazei0=1;mazein+1=1;for(j=0;j=n+1;j+)maze0j=1;mazem+1j=1;for(i=0;i=m+1;i+)/输出迷宫 for(j=0;j=n+1;j+)cout endl;void Maze:input()cout start.x start.y;输入出口的横坐标 纵坐标纵坐标 cin end.x end.y;cout endl;