数据结构课程设计---汉诺塔问题

目录

目录 (1)

1．系统需求分析 (2)

1.1 问题描述 (2)

2．概要设计 (4)

2.1设计思路 (4)

2.2 系统总体设计 (5)

2.3程序流程图 (6)

2.3.1塔盘数量设置 (6)

2.3.2移动速度调节 (6)

2.3.3操作对象选择 (7)

2.3.4汉诺塔求解流程图 (8)

3．详细设计 (9)

3.1 模块设计 (9)

3.1.1 塔和塔显示的定义 (9)

3.1.2 塔盘移动的定义 (11)

3.1.3 塔盘移动规律的定义 (12)

3.1.4 主函数main( ) (12)

4. 系统调试 (14)

5. 运行结果 (14)

6. 心得体会 (19)

7. 附录 (20)

7.1 参考书目 (20)

7.2 源程序 (20)

8评分表 (25)

1．系统需求分析

1.1 问题描述

（一）、课程设计题目：

汉诺塔问题

（二）、目的与要求：

1、目的：

（1）要求学生达到进一步熟练掌握C语言的基本知识和技能；

（2）基本掌握利用VC++6.0制作页面的基本思路和方法；

（3）能够利用所学的基本知识和技能，解决简单的汉诺塔问题。

2、基本要求：

（1）要求利用VC++6.0以及MFC控件来完成系统的设计；

（2）要求在设计的过程中，建立清晰的类层次；

（3）在系统中定义类，每个类中要有各自的属性和方法；

（4）在系统的设计中，至少要用到C中的一种算法。

3、创新要求：

在基本要求达到后，可进行创新设计，如根据查找结果进行修改的功能。

4、写出设计说明书

（三）、设计方法和基本原理：

1、问题描述（功能要求）：

界面划出大小不等，颜色不同的矩形块分别代表各盘子，盘子规模n为1~10，并可以选择人工控制演示和系统自动运行演示，如果是自动则还要输入演示速度。在界面的上方显示正在移动的盘子的源座和目标座。用人工操作时，按任意键移动一个盘子，这样可以清楚每一步过程。如果是自动运行，可以选择移动一步的暂停时间。要求用Turbo C或VC6.0 MFC实现的汉诺塔问题的图形程序。

设计思路：用栈存放塔，定义三个堆栈，用来表示三个塔座，栈的每个结点类型为结构体，其中数据域存放盘子的代号，根据代号计算盘子的大小。Top为塔的栈顶指针，即每个塔的具体高度。例如，结构体可以定义如下：Struct H

{ int data[15];/*存放每个盘的代号*/

int top;/*每个塔的具体高度*/

}num[3];

2、问题的解决方案：

根据系统功能要求，可以将问题解决分为以下步骤：

（1）利用VC++中的MFC控件制作出汉诺塔运行页面；

（2）完成类中各个成员函数的定义；

（3）完成系统的应用模块，根据不同按键的功能，在源程序中填入相应的代码；

（4）功能调试；

（5）完成系统总结报告以及系统使用说明书。

2．概要设计

2.1设计思路

对于一个类似的这样的问题，任何一个人都不可能直接写出移动盘子的每一个具体步骤。可以利用这样的统筹管理的办法求解：我们假设把该任务交给一个僧人，为了方便叙述，将他编号为64。僧人自然会这样想：假如有另外一个僧人能有办法将63个盘子从一个座移到另一个座，那么问题就解决了，此时僧人64只需这样做：

1.命令僧人63将63个盘子从A座移到C座

2.自己将最底下的最大的一个盘子从A座移到C座

3.再命令僧人63将63个盘子从B座移到C座

为了解决将63个盘子从A座移到B座的问题，僧人63又想：如果能再有一个僧人62能将62个盘子移动到另一座，我就能将63个盘子从A座移动到B座。他是这样做的：

1.命令僧人62将62个盘子从A移动到C

2.自己将一个盘子从A座移动到B座

3.再命令僧人62将62个盘子移到B座

再进行一次递归。如此“层层下放”，直到后来找到第2个僧人，让他完成将2个盘子从一个座移到另一个座，进行到此，问题就解决了。最后找到第1个僧人，让他完成将一个盘子从一个座移动到另一个座，至此，全部工作已经完成，都是可以执行的。

按照如此的思路设计递归算法，很容易得出盘子的移动方案。

另外是图形演示盘子的移动过程。为了能够更加形象的表示盘子的移动过程。在设计图形演示的时候，我们采用了图形动态演示。首先我们将字幕、柱子、以及提示信息等等屏幕内容设置成固定不变，我们这里称之为舞台。我们将盘子看作对象，一个盘子一个对象。在设计演示过程的时候，只需要将盘子对象放置于二维界面中的不同信置，通过刷新屏幕，实现动画显示。

2.2 系统总体设计

先对程序进行各功能类的定义，定义汉诺塔，显示塔的定义，运行盘子移动的函数，一般可以使用移动、显示等功能，运用数据结构的相关知识，利用一定的算法制作出汉诺塔程序。能输入塔盘的数量（10以内）和塔盘移动速度，支持人和电脑操作，并且显示移动过程和移动次数，实现汉诺塔的动态掩饰，总的设计思路如下图所示：该出租车计费系统由四个模块组成，分别是：

塔盘数量设置：在1到10之间

移动速度调节：以1000为一秒，输入移动速度

操作对象选择：有人和电脑连个对象选择

移动过程显示：将盘子移动的过程显示出来

各模块之间的关系为：

图1.汉诺塔功能结构体图

2.3程序流程图

2.3.1塔盘数量设置

图2.1塔盘数量设置部分2.3.2移动速度调节

图2.2移动速度调节部分

2.3.3操作对象选择

图2.3操作对象选择部分

2.3.4汉诺塔求解流程图

图2.4汉诺塔求解流程图

3．详细设计

3.1 模块设计

3.1.1 塔和塔显示的定义

struct T

{

int h; //塔的高度

int x; //塔的第一个盘的x坐标,y坐标等于(7+n-塔的高度h)

int l; //塔的第一个盘的长度

}ta[3]={{10,15,2},{0,0,0},{0,0,0}};

char hnt[18][79]={

{"

"},

{"

"},

{"

"},

{" ╔════════════════════════════════════╗"},

{" ║║"},

{" ║║"},

{" ║║"},

{" ║▆║"},

{" ║▆▆

║"},

{" ║▆▆▆║"},

{" ║▆▆▆▆║"},

{" ║▆▆▆▆▆║"},

{" ║▆▆▆▆▆▆║"},

{" ║▆▆▆▆▆▆▆║"},

{" ║▆▆▆▆▆▆▆▆║"},

{" ║▆▆▆▆▆▆▆▆▆║"},

{" ║▆▆▆▆▆▆▆▆▆▆║"},

{" ╚════════════════════════════════════╝"}};

int n;

int sum=0;

int computerorpeople=1;

int speed=0;

void count_ta_1(int ta_1)

{

int i;

int j;

int k=0;

for(i=7;i<7+n;i++)

for(j=4+ta_1*24;j<28+ta_1*24;j++)

{

if(hnt[i][j]!=' ')

{

for(;hnt[i][j+k]!=' ';k++);

ta[ta_1].x=j;

ta[ta_1].l=k;

return;

}

}

}

3.1.2 塔盘移动的定义

void move(int ta_1,int ta_3)

{

int i;

sum++;

ta[ta_3].h++;

ta[ta_3].x=ta[ta_1].x+(ta_3-ta_1)*24;

ta[ta_3].l=ta[ta_1].l;

for(i=0;i

{

hnt[7+n-ta[ta_3].h][ta[ta_3].x+i]=hnt[7+n-ta[ta_1].h][ta[ta_1].x+i];

hnt[7+n-ta[ta_1].h][ta[ta_1].x+i]=' ';

}

ta[ta_1].h--;

count_ta_1(ta_1);

system("cls");

//system("clear");

for(i=0;i<7+n;i++)

printf("%s\n",hnt[i]);

printf("%s",hnt[17]);

printf("\n\n 从%c塔移动一个盘到%c塔\n",ta_1+65,ta_3+65);

printf("\n 步数:%d\n\n ",sum);

if(computerorpeople==2)

system("pause");

else

for(i=0;i<200000*speed;i++);

}

3.1.3 塔盘移动规律的定义

void hanoi(int ta_1,int ta_2,int ta_3,int m) //递归,ta_1/ta_2/ta_3分别为3座塔的代号，m为盘子数

{

if(m==1)

move(ta_1,ta_3); //如果盘子为1，将这个盘子从塔座A移动到塔座C

else

{

hanoi(ta_1,ta_3,ta_2,m-1); //将塔座A的前m-1个盘子移到塔座B

move(ta_1,ta_3); //将塔座A的第m个盘子移到塔座C

hanoi(ta_2,ta_1,ta_3,m-1); //将塔座B的m-1个盘子移到塔座C

}

}

3.1.4 主函数main( )

void main()

{

int i;

printf("请输入汉诺塔的高度（范围1->10）：");

scanf("%d",&n);

printf("请选择：输入1由电脑自动控制；\n");

printf(" 输入2由人控制。\n");

printf("请输入：");

scanf("%d",&computerorpeople);

if(computerorpeople!=1&&computerorpeople!=2)

computerorpeople=1;

if(computerorpeople==1)

{

printf("请输入移动盘的速度(例如：输入1000则代表1秒)：");

scanf("%d",&speed);

}

if(n<1||n>10)

n=10;

ta[0].h=n;

system("cls"); //执行dos下的清屏命令

//system("clear");

for(i=0;i<7+n;i++)

printf("%s\n",hnt[i]);

printf("%s\n\n ",hnt[17]);

system("pause");

hanoi(0,1,2,n);

if(computerorpeople==1)

system("pause");

}

4. 系统调试

（1）程序编写过程中对文件调用不熟悉，子函数调用不到位，根据题设条件不断改进才逐步完善。

（2）结构语句编写错误，不能准确把握在哪里终止，但通过书上的例题可以掌握。

（3）程序编写时容易出现一些小错误，比如没有分号、缺了大括号等等，需要编写完后仔细检查。

（4）程序运行虽然没有错误，不能达到想要的效果，这时就需要借鉴大家的意见，共同商讨最佳的答案。

5. 运行结果

(1)有电脑自动控制的时候：

图5.1 主菜单

(2) 汉诺塔游戏界面：

图5.2汉诺塔界面

图5.3汉诺塔塔盘移动界面

(3)有人控制的时候：

图5.4塔盘移动有人控制选择菜单

图5.4汉诺塔塔盘移动有人控制界面1

图5.4汉诺塔塔盘移动有人控制界面2

图5.4汉诺塔塔盘移动有人控制界面3

(4)塔盘搬到C盘的界面：

图5.5塔盘搬到C盘的界面

6. 心得体会

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关数据结构迷宫方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！

课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我进一步熟悉了VC++6.0软件的使用。

我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。

回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。

实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。

此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。

7. 附录

7.1 参考书目

数据结构教程/李春葆等编著.——3版.——北京：清华大学出版，2009.3 7.2 源程序

#include

#include

#include

#include

#include

struct T

{

int h; //塔的高度

int x; //塔的第一个盘的x坐标,y坐标等于(7+n-塔的高度h)

int l; //塔的第一个盘的长度

}ta[3]={{10,15,2},{0,0,0},{0,0,0}};

char hnt[18][79]={

{"

"},

{"

"},