数据结构课程设计论文 Microsoft Word 文档

课程设计(论文)

题 目 名 称 课 程 名 称 学 生 姓 名 陈 芳 学 号 1041304002 系 、专 业 信息工程系、电子科学与技术 指 导 教 师

2011年 12月 13 日

目 录

1课程设计内容和要求································3

1问题描述··········································3 2 设计要求·········································3

3设计的目的·······································3 2 需求分析·········································4 1 迷宫的建立·······································4

2 迷宫的存储······································4

3 迷宫路径的搜索····································5 3 概要设计··········································6 4 详细设计··········································7 5 测试分析·········································10 6 课程设计总结·····································11 参考文献···········································12 附录（源程序清单）··································13

1课程设计内容和要求

1问题描述

设计一个简单迷宫程序，从入口出发，按某一方向向前探索，若能走通（未走过的），即某处可以到达，则到达新点，否则试探下一方向；若所有方向均没有通路，则沿原点返回前一点，换下一个方向在继续试探，直到所有可能的通路都探索到，或找到一条通路，或无路可走又返回到入口点。并利用两种方法实现：一种用栈实现，另一种用队列实现。

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。

3设计的目的

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使学生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

2 需求分析

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0、1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39、39，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

1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0

搜索算法流程图如下所示：

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：

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

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)

3 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

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struct point,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()

4 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：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{int row,col,predecessor} 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

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++} ②迷宫中队列出队操作

struct point dequeue(struct point p) {head++,返回que[head-1]} ③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} ④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} ⑤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={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<n且maze[p.row][p.col+1]==0,说明未到迷宫右边界，且其右方有通路,则visit(p.row,p.col+1,maze),将右边节点入队标记已访问

如果p.row+1<m且maze[p.row+1][p.col]==0,说明未到迷宫下边界，且其下方有通路,则visit(p.row+1,p.col,maze),将下方节点入队标记已访问

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)

{ case 1：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);

case 2 ：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);

case 3：cycle=(-1); break; }

注：具体源代码见附录

5 测试分析

测试数据，输出测试的结果，这里的测试数据应该完整和严格。并对结果进行分析。

测试数据及结果如下：

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，栈算法求得的路径不一定是最短路径，而用队列求得的路径是最短路径。

6 课程设计总结

通过这段时间的课程设计，本人对计算机的应用，数据结构的作用以及C语言的使用都有了更深的了解。尤其是C语言的进步让我深刻的感受到任何所学

的知识都需要实践，没有实践就无法真正理解这些知识以及掌握它们，使其成为自己的财富。在理论学习和上机实践的各个环节中，通过自主学习和请教老师，我收获了不少。当然也遇到不少的问题，也正是因为这些问题引发的思考给我带了收获。从当初不喜欢上机写程序到现在能主动写程序，从当初拿着程序不只如何下手到现在知道如何分析问题，如何用专业知识解决实际问题的转变，我发现无论是专业知识还是动手能力，自己都有很大程度的提高。在这段时间里，我对for、while等的循环函数用法更加熟悉，逐渐形成了较好的编程习惯。在老师的指导帮助下，同学们课余时间的讨论中，这些问题都一一得到了解决。在程序的调试能力上，无形中得到了许多的提高。例如：头文件的使用，变量和数组的范围问题，定义变量时出现的问题等等。

在实际的上机操作过程中，不仅是让我们了解数据结构的理论知识，更重要的是培养解决实际问题的能力，所以相信通过此次实习可以提高我们分析设计能力和编程能力，为后续课程的学习及实践打下良好的基础。

在这次短短的课程实践里，我们得到了老师的关心和帮助。她给了我们很多的信息，与我们一起探讨问题，询问我们遇到了哪些问题并耐心给予指导。当我们遇到技术上难以解决的问题时，她就会指导我们解决问题，她把自己多年来积累的经验教授给我们，使我们顺利地完成了课程实践任务。时间过得真快，大学生活不知不觉就走过了一年，一年的大学学习和课程实践阶段的提高，使我们本身知识得到提高的同时，也增强了我们对未来工作的信心，我们相信自己未来三年的学习更使我们有能力胜任将来的工作。

参考文献

[1] 黄同成，黄俊民，董建寅．数据结构[M]．北京：中国电力出版社，2008

[2] 董建寅，黄俊民，黄同成．数据结构实验指导与题解[M]．北京：中国电力出版社，2008 [3] 严蔚敏，吴伟民. 数据结构（C语言版）[M]. 北京：清华大学出版社，2002 [4] 刘振鹏，张晓莉，郝杰．数据结构[M]．北京：中国铁道出版社，2003

附录（源程序清单） #include"stdlib.h" #include"stdio.h" #define N 39 #define M 39 int X;

int maze[N+2][M+2]; struct point{

int row,col,predecessor; }queue[512]; int head=0,tail=0;

void shoudong_maze(int m,int n){ int i,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<m;i++) for(j=0;j<n;j++)

scanf("%d",&maze[i][j]);} void zidong_maze(int m,int n){ int i,j;

printf("\n迷宫生成中……\n\n"); system("pause"); for(i=0;i<m;i++) for(j=0;j<n;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;

}

void print_maze(int m,int n){ int i,j;

printf("\n迷宫生成结果如下:\n\n"); printf("迷宫入口\n"); printf("↓");

for(i=0;i<m;i++) {printf("\n"); for(j=0;j<n;j++)

{if(maze[i][j]==0) printf("□"); if(maze[i][j]==1) printf("■");} }

printf("→迷宫出口\n"); }

void result_maze(int m,int n){ int i,j;

printf("迷宫通路(用☆表示)如下所示：\n\t"); for(i=0;i<m;i++) {printf("\n"); for(j=0;j<n;j++)

{if(maze[i][j]==0||maze[i][j]==2) printf("□"); if(maze[i][j]==1) printf("■"); if(maze[i][j]==3) printf("☆"); } } }

void enqueue(struct point p){ queue[tail]=p; tail++; }

struct point dequeue(){ head++;

return queue[head-1]; }

int is_empty(){

return head==tail; }

void visit(int row,int col,int maze[41][41]){ struct point visit_point={row,col,head-1}; maze[row][col]=2; enqueue(visit_point); }

int mgpath(int maze[41][41],int m,int n){ X=1;

struct point p={0,0,-1}; if(maze[p.row][p.col]==1)

{printf("\n===============================================\n");

printf("此迷宫无解\n\n");X=0;return 0;} 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<n)&&(maze[p.row][p.col+1]==0))

visit(p.row,p.col+1,maze);

if((p.row+1<m)&&(maze[p.row+1][p.col]==0)) visit(p.row+1,p.col,maze);

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;} return 0; }

void main()

{int i,m,n,cycle=0; while(cycle!=(-1)) {

printf("********************************************************************************\n");

printf("欢迎进入迷宫求解系统\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)

{case 1: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\nPress

Enter Contiue!\n");getchar();while(getchar()!='\n');break; case 2: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\nPress

Enter Contiue!\n");getchar();while(getchar()!='\n');break; case 3:cycle=(-1);break;

default:printf("\n");printf("你的输入有误!\n");

printf("\nPress

Enter Contiue!\n");getchar();while(getchar()!='\n');break; } } }

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/qfdm.html