迷宫求解课程设计

引言

数据结构是一门理论性很强、思维抽象、难度较大的课程，是基础课和专业课之间的桥梁。该课程的先行课程是计算机基础、程序设计语言、离散数学等，后续课程有操作系统、编译原理、数据库原理、软件工程等。通过本门课程的学习，我们应该能透彻地理解各种数据对象的特点，学会数据的组织方法和实现方法，并进一步培养良好的程序设计能力和解决实际问题的能力，而且该课程的研究方法对我们学生在学校和离校后的工作和学习，也有重要意义。数据结构是电子信息科学与技术专业的一门核心专业基础课程，在该专业的课程体系中起着承上启下的作用，学好了数据结构对于提高理论认知水平和实践能力有着极为重要的作用。学习数据结构的最终目的是为了获得求解问题问能力。对于现实世界中的问题，应该能从中抽象出一个适当的数学模型，该数学模型在计算机内部的数据结构来表示，然后设计一个解此数学模型的算法，在进行编程调试，最后活的问题的解答。

基于此原因，现在我们开设数据结构课程设计。针对数据结构课程的特点，着眼于培养我们的实践能力。实习课程是为了加强编程能力的培养，鼓励学生使用新兴的编程语言。相信通过数据结构课程实践，无论是理论知识，还是动手能力，同学们都会有不同程度的提高。

一、需求分析

本课程设计是解决迷宫求解的问题，从入口出发，顺某一方向向前探索，若能走通，则继续往前走；否则沿原路退回，换一个方向再继续探索，直至所有可能的通路都探索到为止。为了保证在任何位置上都能沿原路退回，显然需要用一个后进先出的结构来保存从入口到当前位置的路径。因此，在求迷宫通路的算法中要应用“栈”的思想假设“当前位置”指的是“在搜索过程中的某一时刻所在图中某个方块位置”，则求迷宫中一条路径的算法的基本思想是：若当前位置“可通”，则纳入“当前路径”，并继续朝“下一位置”探索，即切换“下一位置”为“当前位置”，如此重复直至到达出口；若当前位置“不可通”，则应顺着“来向”退回到“前一通道块”，然后朝着除“来向”之外的其他方向继续探索；若该通道块的四周4个方块均“不可通”，则应从“当前路径”上删除该通道块。所谓“下一位置”指的是当前位置四周4个方向（上、下、左、右）上相邻的方块。假设以栈记录“当前路径”，则栈顶中存放的是“当前路径上最后一个通道块”。由此，“纳入路径”的操作即为“当前位置入栈”；“从当前路径上

删除前一通道块”的操作即为“出栈”。

二、数据结构

1. 数据结构设计考虑

1) 建立一个二维数组表示迷宫的路径（0表示通道，1表示墙壁）；

2) 创建一个栈，用来存储“当前路径”，即“在搜索过程中某一时刻所在图中某个方块位置”。

2. 逻辑结构存储结构

1) 创建一个Int类型的二维数组int maze[n1][n2],用来存放0和1 （0表示通道，1表示墙壁）；

2) 创建一个结构体用来储存数组信息(数组的横坐标X，数组的纵坐标Y，方向C)结构体：

typedef struct node

{

int x;

int y;

int c;

}linkstack;

3) 创造一个栈包括(top表示栈顶元素)

linkstack top[n1*n2];

三、算法设计

首先，创建数组的大小，此数组大小要求用户自己输入。具体算法：

printf("输入迷宫大小(提示:行列数不能超过50!):"); //在此提示用户输入数组大小的界限

scanf("%d",&g); //再次用scanf来输入使用者要创建的迷宫大小，并且把值赋给g这个参量，用于对与迷宫数组的创建

printf("大小创建完毕,请输入迷宫:\n"); //用来提示用户要进行下面操作

其次，用户自己定义迷宫的内容(其中自定义迷宫入口(1,0),迷宫的出口为(g-2、h-1)),迷宫的生成算法：

void shuzu(int g,int h){ //创建数组函数,设定参量并从主函数中获得要使用的参量

int a,b;

for(a=0;a

for(b=0;b

scanf("%d",&maze[a][b]);

} //使用循环来给数组赋值，也就是用来创建迷宫的格式，这是一个自定义的迷宫创建，其中的0和1分别是表示通路和障碍，定义的数组其实就是迷宫的设计图

第三，产生迷宫(其中自定义迷宫入口(1,0),迷宫的出口为(g-2、h-1))，算法：

void scsu(int g,int h){ //创建迷宫输出函数,设定参量并从主函数中获得要使用的参量

int a,b;

printf("生成的迷宫是:\n"); //提示要现实的内容是什么

for(a=0;a

{ for(b=0;b

printf(maze[a][b]?"#":" ");

printf("\n"); //使用循环语句来实现迷宫的实化，输出迷宫

}

}

最后，迷宫寻路，在寻路的时候，我们应从入口(1、0)进入迷宫，当迷宫的入口处有障碍或者出口被堵，再或者没有通路时整个程序结束，并输出迷宫无解的提示。如果迷宫求解过程中没有出现无解情况，那么在求解的过程中，会输出迷宫的通路路径，并且输出坐标值，让使用者更清楚路径的走法。在寻路的过程中，每走过一个格，那个格得知就会被赋值为2，用来标记此处已走过，免去了来来回回的重走，以免出现死循环，所以开始时的入口则直接的定义为了2，这样程序就能达到入口，并从入口进入到迷宫当中，如果在迷宫当中没有通路的话，则会使top[i].c的值变为零，这样当其为0时，可以结束循环输出“迷宫无解！”，则当迷宫如果出现有解时，则到最后的出口时仍然会将top[i].c 赋值为0，但是此时的出口处被复制为2，也就是用这个来判断是否存在通路，所以才实现了图中所示的功能。这样就简单的实现了，有解无解的输出。从而实现了要求的程序！代码如下：switch(方向)

{ case 0: //为0时有两种情况走完全程或者没有通路

{ run=0;

if(v==1) //当V为1时说明此路没有走到出口就已经没有路了，所以无通路

printf("此迷宫无通路!");

break;

}

case 向右:

{ if(maze[top[i].x][top[i].y+1]==0) //用来判断此处是否有障碍

{ i++;

top[i].x=top[i-1].x;

top[i].y=top[i-1].y+1;

maze[top[i].x][top[i].y]=2;

//进行赋值交换

if(maze[g-2][h-1]==2) v=0; //如果在

这里结束了那么出口处的坐标值变为2，使V等于0

}

else top[i].c+=1; //如果没有

则进行下一步操作（一下各个方向的操作与第一个方向的相同）

break;

}

剩余的方向： case向上：

代码操作与向右一样

break;

case向左：

代码操作与向右一样

break;

case向下：

代码操作与向右一样

break;

其中要寻求所有的通路，在这里则使用了一个do……while循环，这样可以找到所有的通路，其条件使run。如果run等于1，则

进行循环，否则循环结束程序结束。另外的，菜单操作（图在测

试中）则是使用了switch操作，这样可以选择操作的步骤，如

果选择1，则迷宫求解开始，如果选择2则直接结束操作（只有

两个操作 1：求解 2：退出）。

图解分析：

四、调试分析

第一个问题，在刚开始的调试过程中，我们遇到了，无法判断走过的路程，从而出现了死循环，导致程序不能正常进行，但是经过我们的讨论，我们想出用标记的方法来解决，也就是让走过的路程全给标示了，这样就不会再走重复的路。

第二个问题，就是性用菜单来实现操作，那样程序的操作性

就会更强，所以我们就要把所有的方法，给写成一个个的函数来调用，这样就遇到了参量传递的问题，但是经过我们的参考以及从书本上的实例，我们慢慢地更深的了解到了参量传递的应用，那么这个问题也就迎刃而解了。从此我们实现了菜单操作！五、程序实现及测试

运行界面：

测试：

结果输出：

无解的时候：

六、体会及不足之处

通过此次课程设计，是我对于数据结构有了更深的了解，更新的认识。数据结构是一门重要的课程，只有数据结构学得扎实了，才能对于计算机有更深的应用，所以学好数据结构是很重要的。经过两周的上机设计，我实现了简单的迷宫求解，能够简单的实现求解过程。但是还存在着不足之处，不能输入矩形的数组，而且出口和入口是固定的，也可以改变可是要改变代码，本程序不能循环执行，只能执行一次。有待改进！

七、参考文献

《数据结构(c语言版) 》严蔚敏清华大学出版社

《数据结构实验教程》李业丽、郑良斌

《数据结构》高教出版社

《数据结构习题》李春保清华大学出版社

《数据结构习题》严蔚敏清华大学出版社

《 C语言与数据结构》王立柱清华大学出版社

《数据结构(C语言篇)习题与解析》李春保清华大学出版社

八、附录

#include

#include

#define n1 50

#define n2 50

typedef struct node

{

int x;

int y;

int c;

}linkstack;

int maze[n1][n2];

linkstack top[n1*n2];

int i,j,k,m=1,run;

void shuzu(int g,int h){

int a,b;

for(a=0;a

for(b=0;b

scanf("%d",&maze[a][b]);

}

void scsu(int g,int h){

int a,b;

printf("生成的迷宫是:\n");

for(a=0;a

{ for(b=0;b

printf(maze[a][b]?"#":" ");

printf("\n");

}

}

void main()

{ int g,h,v;

int w;

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

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

printf("********** 欢迎使用迷宫求解********\n");

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

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

printf("\n");

printf("********************************************

******\n");

printf("********************************************

******\n");

printf(" ****迷宫求解请按:1 \n");

printf(" **** 退出请按:2 \n");

printf("********************************************

******\n");

printf("********************************************

******\n");

scanf("%d",&w);

switch(w)

{ case 1:printf("输入迷宫大小(提示:行列数不能超过

50!):");

scanf("%d",&g);

printf("大小创建完毕!\n");

h=g;

shuzu(g,h);

for(i=0;i<=g*h;i++)

top[i].c=1;

scsu(g,h);

i=0;

top[i].x=1;

top[i].y=0;

maze[1][0]=2;

run=1;

v=1;

do{

if(top[i].c<5)

{ if(top[i].x==(g-2)&&top[i].y==(h-1))

{ printf("第%d条通路是:\n",m++);

for(j=0;j<=i;j++)

{printf("(%d,%d)",top[j].x,top[j].y);

if(v!=0) printf("--->");

}

printf("\n");

for(j=0;j

{ for(k=0;k

{ if(maze[j][k]==0)

printf(" ");

else if(maze[j][k]==2)

printf("O");

else printf("*");

}

printf("\n");

}

maze[top[i].x][top[i].y]=0;

top[i].c=1;

i--;

top[i].c+=1;

continue;

}

switch(top[i].c)

{ case 0:

{ run=0;

if(v==1)

printf("此迷宫无通路!");

break;

}

case 1:

{ if(maze[top[i].x][top[i].y+1]==0)

{ i++;

top[i].x=top[i-1].x;

top[i].y=top[i-1].y+1;

maze[top[i].x][top[i].y]=2;

if(maze[g-2][h-1]==2) v=0;

}

else top[i].c+=1;

break;

}

case 2:

{ if(maze[top[i].x-1][top[i].y]==0)