数据结构课程设计

武汉理工大学。

专业班级。课题名称：走迷宫。

姓名。学号。

指导老师。完成日期：

第一章课程设计目的。

仅仅认识到队列是一种特殊的线性表是远远不够的，本次实习的目的在于深入了解队列的特征，以便在实际问题背景下灵活运用它，同时还将巩固这种数据结构的构造方法。

第二章课程设计内容和要求

2.1问题描述：

迷宫问题是取自心理学的一个古典实验。在该实验中，把一只老鼠从一个无顶大盒子的门放入，在盒子中设置了许多墙，对行进方向形成了多处阻挡。盒子仅有一个出口，在出口处放置一块奶酪，吸引老鼠在迷宫中寻找道路以到达出口。

对同一只老鼠重复进行上述实验，一直到老鼠从入口走到出口，而不走错一步。老鼠经过多次试验最终学会走通迷宫的路线。设计一个计算机程序对任意设定的矩形迷宫如下图a所示，求出一条从入口到出口的通路，或得出没有通路的结论图a

2.2设计要求：

要求设计程序输出如下：

1) 建立一个大小为m×n的任意迷宫（迷宫数据可由用户输入或由程序自动生成），并在屏幕上显示出来；

2）找出一条通路的二元组（i,j）数据序列，（i,j）表示通路上某一点的坐标。

3）用一种标志（如数字8）在迷宫中标出该条通路；

4）在屏幕上输出迷宫和通路；

5）上述功能可用菜单选择。

第三章课程设计总体方案及分析。

3.1 问题分析：

1.迷宫的建立：

迷宫中存在通路和障碍，为了方便迷宫的创建，可用0表示通路，用1表示障碍，这样迷宫就可以用矩阵来描述，2.迷宫的存储：

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maze[m+2][n+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。

注：其中m，n分别表示迷宫最大行、列数，本程序m、n的缺省值为，当然，用户也可根据需要，调整其大小。

3.迷宫路径的搜索：

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。

以矩阵 0 0 1 0 1 为例，来示范一下。

首先，将位置(0,0)(序号0)放入队列中，其前节点为空，从它开始搜索，其标记变为2，由于其只有一个非障碍位置，所以接下来移动到(0,1)(序号1)，其前节点序号为0，标记变为2，然后从(0,1)移动到(1,1)(序号2)，放入队列中，其前节点序号为1，(1,1)存在(1，2)(序号3)、(2，1)(序号4)两个可移动位置，其前节点序号均为2.对于每一个非障碍位置，它的相邻非障碍节点均入队列，且它们的前节点序号均为该位置的序号，所以如果存在路径，则从出口处节点的位置，逆序就可以找到其从出口到入口的通路。

如下表所示：

由此可以看出，得到最短路径：(3,4)(3,3)(2,3)(2,2)(1,2)(1,1)(0,1)(0,0)

搜索算法流程图如下所示：

3.2 概要设计。

1.①构建一个二维数组maze[m+2][n+2]用于存储迷宫矩阵。

自动或手动生成迷宫，即为二维数组maze[m+2][n+2]赋值。

构建一个队列用于存储迷宫路径。

建立迷宫节点struct point,用于存储迷宫中每个节点的访问情况。

实现搜索算法。

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**算法。

1. 节点类型和指针类型。

迷宫矩阵类型：int maze[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：struct point que[512]

2. 迷宫的操作。

1)手动生成迷宫。

void shoudong_maze(int m,int n)

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。

void zidong_maze(int m,int n)

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。

void print_maze(int m,int n)

用i,j循环变量，将maze[i][j]输出 □、

4)打印迷宫路径。

void result_maze(int m,int n)

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。

void enqueue(struct point p)

将p放入队尾，tail++}

迷宫中队列出队操作。

struct point dequeue(struct point p)

head++,返回que[head-1]}

判断队列是否为空。

int is_empty()

返回head==tail的值，当队列为空时，返回0}

访问迷宫矩阵中节点。

void visit(int row,int col,int maze[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}

路径求解。void mgpath(int maze[41][41],int m,int n)

先定义入口节点为struct point p=,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[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，如果且即到达出口节点，即找到了路径，结束。

如果如果如果》0且maze[说明未到迷宫左边界，且其左方有通路，则visit(将左方节点入队标记已访问。

如果》0且maze[说明未到迷宫上边界，且其上方有通路，则visit(将上方节点入队标记已访问。

访问到出口(找到路径)即且则逆序将路径标记为3即maze[

while(

p=queue[ maze[

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)

{ case 1：请输入行列数(如果超出预设范围则提示重新输入)

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