数据结构课程设计报告-迷宫算法

沈阳航空航天大学课程设计报告课程设计名称：数据结构课程设计课程设计题目：迷宫算法院（系）：计算机学院专业：计算机科学与技术班级：学号：姓名：指导教师：目录1 课程设计介绍 (1)1.1课程设计内容 (1)1.2课程设计要求 (1)2 课程设计原理 (2)2.1课设题目粗略分析 (2)2.2原理图介绍 (3)2.2.1 功能模块图 (3)2.2.2 流程图分析 (4)3 数据结构分析 (8)3.1存储结构 (8)3.2算法描述 (8)4 调试与分析 (11)4.1调试过程 (11)4.2程序执行过程 (11)参考文献 (15)附录（关键部分程序清单） (16)1 课程设计介绍1.1 课程设计内容编写算法能够生成迷宫，并且求解迷宫路径（求解出任意一条到出口的路径即可）：1.迷宫用上下左右四种走法；2.迷宫的大小和复杂程度可以由用户定义；3.入口出口也由用户自己选择。

1.2 课程设计要求1.不必演示求解过程，只需要输出迷宫求解的路径；2.参考相应资料完成课设。

2 课程设计原理2.1 课设题目粗略分析根据课设题目要求，拟将整体程序分为四大模块。

以下是四个模块的大体分析：1 建立迷宫：要建立迷宫首先就要建立存储结构，这里我用栈的方式建立的。

根据用户输入的迷宫的大小（我设置的最大值为25可以根据要求调解）；2 设置迷宫：这里将0设置围墙，1是可以通过的路径，-1是不可以通过路径，外墙是以设计好的，内墙需要用户来设置，障碍的难度可由用户自行定义；3 寻找路径：寻找路径我设置了四个方向{0,1},{1,0},{0,-1},{-1,0}移动方向,依次为东南西北，首先向东走，若不成功则转换方向，成功则继续前进，将走过的路径进行标记，然后存入栈中；4 输出结果：输出的结果分为两种，一种是用户建立的迷宫主要是让用户检查是否符合要求，第二种输出的是寻找完后的路径，路径用1 2 3 4···来表示。

2.2 原理图介绍2.2.1 功能模块图图2.1功能模块图如图2.1所示2.2.2 流程图分析1.建立迷宫图2.2建立迷宫函数流程图2. 设置迷宫图2.3 设置迷宫函数流程图3.寻找路径图2.4 寻找路径函数流程图4.输出结果图2.5 输出结果函数流程图3 数据结构分析3.1 存储结构定义一个整型数组PosType用来存储行列的值。

typedef struct // 栈的元素类型{int ord; // 通道块在路径上的＂序号＂PosType seat; // 通道块在迷宫中的＂坐标位置＂int di; // 从此通道块走向下一通道块的＂方向＂(0～3表示东～北)}SElemType;栈的存储结构：#define STACK_INIT_SIZE 10 // 存储空间初始分配量#define STACKINCREMENT 2 // 存储空间分配增量// 栈的顺序存储表示typedef struct SqStack{SElemType *base; // 在栈构造之前和销毁之后，base的值为NULLSElemType *top; // 栈顶指针int stacksize; // 当前已分配的存储空间，以元素为单位}SqStack; // 顺序栈3.2 算法描述1.栈的基本操作的算法，简单算法说明如下：Status InitStack(SqStack *S){// 构造一个空栈S，为栈底分配一个指定大小的存储空间(*S).base = (SElemType *)malloc(STACK_INIT_SIZE*sizeof(SElemType));if( !(*S).base ) exit(0);(*S).top = (*S).base; // 栈底与栈顶相同表示一个空栈(*S).stacksize = STACK_INIT_SIZE;return 1;}Status StackEmpty(SqStack S){ // 若栈S为空栈（栈顶与栈底相同的），则返回1，否则返回0。

if(S.top == S.base) return 1;else return 0;}Status Push(SqStack *S, SElemType e){// 插入元素e为新的栈顶元素。

if((*S).top - (*S).base >= (*S).stacksize) { // 栈满，追加存储空间(*S).base = (SElemType *)realloc((*S).base , ((*S).stacksize + STACKINCREMENT) * sizeof(SElemType));if( !(*S).base ) exit(0);(*S).top = (*S).base+(*S).stacksize;(*S).stacksize += STACKINCREMENT;}*((*S).top)++=e;return 1;}Status Pop(SqStack *S,SElemType *e){// 若栈不空，则删除S的栈顶元素，用e返回其值，并返回1；否则返回0。

if((*S).top == (*S).base) return 0;*e = *--(*S).top;return 1;}2.查找路径的算法，简单算法说明如下：Status MazePath(PosType start,PosType end){ // 若迷宫maze中存在从入口start到出口end的通道，则求得一条// 存放在栈中(从栈底到栈顶)，并返回1；否则返回0InitStack(&S); curpos=start; curstep=1;do{if(Pass(curpos)){// 当前位置可以通过，即是未曾走到过的通道块FootPrint(curpos); // 留下足迹e =( curstep, curpos,1);Push(&S,e); // 入栈当前位置及状态if(curpos.x==end.x&&curpos.y==end.y) // 到达终点(出口)return 1;curpos=NextPos(curpos,e.di);}else{// 当前位置不能通过if(!StackEmpty(S)){Pop(&S,&e); // 退栈到前一位置curstep--; // 前一位置处于最后一个方向(北)while(e.di==3&&!StackEmpty(S)){MarkPrint(e.seat); Pop(&S,&e); //留下不能通过的标记(-1) , 退回一步}if(e.di<3) { // 没到最后一个方向(北)e.di++; Push(&S,e);// 换下一个方向探索curpos=NextPos(e.seat,e.di); // 设定当前位置是该新方向上的相邻块}}}}while(!StackEmpty(S));return 0;}4 调试与分析4.1 调试过程在调试程序是主要遇到一下几类问题：1.选择存储结构的问题：刚接到课设题目的时候，我就在想用什么来实现迷宫的存储。

用线性表还是数组，最后综合考虑决定用栈和数组结合的方式来实现，用数组来建立迷宫和输出迷宫，用栈来查找路径并将生成的路径压入到栈中，因为栈有先入后出的优点，所以比较容易实现。

2.如何建立迷宫和怎么设置迷宫的问题：首先迷宫要有一定的范围怎么才能让迷宫有序的进行，于是我将迷宫的外围和障碍设置为0，所有的可走路径设置为1，这样迷宫就清晰可见。

3.如何去寻找路径问题：这是整个程序的核心。

通过查找书籍得到了一个算法：若当前位置“可通”，则纳入当前路径，并继续朝下一位置搜索，即切换下一位置为当前位置，如此重复到达出口；若不可通，就退回到前一通道，然后继续寻找其他方向；若均不可通，则删除此路径。

4.界面问题：这里就是运用了switch(n)语句来实现的，这样增加了程序的实用性。

4.2程序执行过程系统使用说明：1．出现界面后选择1，进行迷宫大小的设计（这里设计3*3大小的）：如图4.1所示图4.12.然后选择2，开始设计迷宫的内部：如图4.2所示图4.23.选择3，观察设计的是否满足你的要求：如图4.3所示图4.34.选择4，输入迷宫的起点和终点：如图4.4所示图4.45.选择5，查看结果（路径由1.2.3.4.5表示出来）：如图4.5所示图4.5 6．选择0，退出程序。

参考文献[1] 严蔚敏，吴伟民.数据结构[M].北京：清华大学出版社，2007.[2] 胡圣荣, 周霭如, 罗穗萍.数据结构教程与题解[M].北京：清华大学出版社，2011.[3] 谭浩强.C程序设计[M].北京：清华大学出版社，2005.[4] 袁平波.数据结构实验指导[M].合肥：中国科学技术大学出版社.2010.[5] 殷人昆.数据结构[M].北京：清华大学出版社.2011.[6] 宁正元.算法与数据结构习题精解和实验指导[M].北京. 清华大学出版社.2007.[7] 陈媛.算法与数据结构.第2版[M].北京. 清华大学出版社.2011.附录（关键部分程序清单）程序代码#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<malloc.h>// 迷宫坐标位置类型typedef struct{int x; // 行值int y; // 列值}PosType;#define MAXLENGTH 25 // 设迷宫的最大行列为25typedef int MazeType[MAXLENGTH][MAXLENGTH]; // 迷宫数组[行][列]typedef struct // 栈的元素类型{int ord; // 通道块在路径上的＂序号＂PosType seat; // 通道块在迷宫中的＂坐标位置＂int di; // 从此通道块走向下一通道块的＂方向＂(0～3表示东～北)}SElemType;// 全局变量MazeType m; // 迷宫数组int curstep=1; // 当前足迹,初值为1#define STACK_INIT_SIZE 10 // 存储空间初始分配量#define STACKINCREMENT 2 // 存储空间分配增量// 栈的顺序存储表示typedef struct SqStack{SElemType *base; // 在栈构造之前和销毁之后，base的值为NULLSElemType *top; // 栈顶指针int stacksize; // 当前已分配的存储空间，以元素为单位}SqStack; // 顺序栈// 构造一个空栈Sint InitStack(SqStack *S){// 为栈底分配一个指定大小的存储空间(*S).base = (SElemType *)malloc(STACK_INIT_SIZE*sizeof(SElemType));if( !(*S).base )exit(0);(*S).top = (*S).base; // 栈底与栈顶相同表示一个空栈(*S).stacksize = STACK_INIT_SIZE;return 1;}// 若栈S为空栈（栈顶与栈底相同的），则返回1，否则返回0。