数据结构课程设计--修道士野人问题和西文图书管理系统

题号题目3、修道士与野人问题1、需求分析n个修道士和n个野人渡河，只有一条小船，能容纳c人，两种人都会划船，建立过河方式。

满足：野人无法侵犯修道士。

这就要求无论在何处，修道士的个数不得少于野人的人数（除非修道士个数为0）。

设计程序模拟该过程。

程序的输入为修道士（野人）的个数以及每条船容纳人的个数。

输出为判断是否可以安全渡河。

如果能，则给出一个小船来回次数最少的最佳方案。

要求：（1）用一个三元组（x1,x2,x3）表示渡河过程中各个状态。

其中，x1表示起始岸上修道士个数，x2表示起始岸上野人个数，x3表示小船位置（0——在目的岸，1——在起始岸）。

例如（5，3，0）表示起始岸上有5个修道士，3个野人，小船在目的岸一边。

（2）采用邻接表做为存储结构。

最短路径搜索采用广度搜索法。

（3）输出最优解若问题有解（能渡过河去），则输出一个最佳方案。

用三元组表示渡河过程中的状态，并用箭头指出这些状态之间的迁移：目的状态←…中间状态←…初始状态。

若问题无解，则给出“渡河失败”的信息。

（4）求出所有的解。

2、设计2.1设计思想（1）数据结构设计：根据题目要求，用图形结构，用邻接表来存储结点，以及结点之间的关系，同时在广度优先遍历中利用到队列。

（2）算法设计：先定义一个图利用邻接表储存结构，再举出在船上修道士和野人的所有情况，然后判断其修道士是否处于安全的状态，如果安全则将该点添加到图中，点添加完后在看两点之间是否连通如果连通则可将边添加到图中，这样就创建出了图，然后分别利用广度搜索和深度搜索来完成题目的要求。

2.2（1（2）函数接口规则说明int Search(AdjLGraph *G,int x,int y,int m ) /*查找起始和最后的结点，其中x,y,m分别表示起始岸修道士人数，野人人数和船的状态*/int Checking(DataType x) /*检查修道士是否安全,x表示邻接表中的一个结点*/int Connect(AdjLGraph *G,int i,int j) /*将能走通的点连接起来，i，j为图中的两个结点*/ void Creat(AdjLGraph *G) /*图的创建*/int Print(AdjLGraph G) /*从后向前打印最短路径*/int BroadFSearch(AdjLGraph G,int u,int v) /*用广度优先遍历搜索最短路径，u表示起始结点，v表示最后的结点*/void Print1(AdjLGraph G) /*打印输出所有最短路径*/void DFS(AdjLGraph G,int u,int v ,int visited[]) /*利用深度搜索找出所有最短路径，u表示起始结点，v表示最后的结点，visited[]用来标记结点是否被访问*/2.3详细设计首先是定义邻接表typedef struct{int daoshi; //道士int yeren; //野人int ship; //船的位置}DataType;typedef struct Node //边结点的结构体{int dest; //邻接边的弧头顶点序号struct Node *next; //单链表的下一个结点指针}Edge;typedef struct{DataType data; //顶点数据元素int source; //弧尾顶点序号Edge *adj; //邻接边的头指针}AdjLHeight;typedef struct{AdjLHeight a[200]; //邻接表数组int numOfVerts; //顶点个数int numOfEdges; //边个数}AdjLGraph; //邻接表结构体同时定义了几个全局变量，便于函数的直接利用int n,c;//修道士和野人人数为n，船能容纳人数为cint Path[200]; //保存结点的后驱结点int Path1[200]; //保存结点的前驱结点利用上述结构和相关函数可以构造出图，然后对图进行利用；然后在广度优先遍历搜索中用到了队列typedef struct{int queue[200];int rear;int front;int count;}SeqCQueue;最后通过主函数main调用各函数得到相关信息int main(){AdjLGraph G;int visited[200]; //标记结点是否被访问printf("输入小船可装的人数:\n");while(scanf("%d",&c)!=EOF){memset(Path,0,sizeof(0));memset(visited,0,sizeof(visited));memset(Path1,0,sizeof(Path1));N=0;printf("输入野人或修道士的个数:\n");scanf("%d",&n);AdjInitiate(&G);Creat(&G);v1=Search(&G,n,n,1);v2=Search(&G,0,0,0);if(BroadFSearch( G,v1, v2)==0)printf("渡河失败\n");else{printf("输出所有最短路径的情况:\n");DFS(G,v1,v2,visited);printf("共有%d种情况\n",N);}printf("输入小船可装的人数:\n");}return 0;}3、调试分析在进行运行的时候，曾出现了打印输出错误，经过一步一步调试，发现在插入结点的时候出现了插入错误，即没有考虑到结点后驱的改变，通过改正，重新运行检测，运行结果正确，在排版时通过一步步调试，能够使输出结果很明显的表示的船的方案。

4、用户手册在VC下运行，很简单的输入，只需输入野人和道士的人数N和船能承载的人的个数C即可。

5、测试数据及测试结果（1）输入修道士和野人的人数n=6，船能容纳的人c=2,；不能安全渡河；测试结果：（2）输入修道士和野人人数为n=3，船能容纳的人c=2；渡河成功测试结果：输出一种最短路径输出所有最短路径输出最短路径数目：6、源程序清单#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <malloc.h>int n,c;//修道士和野人人数为n，船能容纳人数为c int Path[200];//保存结点的后驱结点int Path1[200];//保存结点的前驱结点typedef struct{int daoshi; //道士int yeren; //野人int ship; //船的位置}DataType;typedef struct Node //边结点的结构体{int dest; //邻接边的弧头顶点序号struct Node *next; //单链表的下一个结点指针}Edge;typedef struct{DataType data; //顶点数据元素int source; //弧尾顶点序号Edge *adj; //邻接边的头指针}AdjLHeight;typedef struct{AdjLHeight a[200]; //邻接表数组int numOfVerts; //顶点个数int numOfEdges; //边个数}AdjLGraph; //邻接表结构体void AdjInitiate(AdjLGraph *G) //初始化{int i;G->numOfEdges=0; //图的边数G->numOfVerts=0; //顶点数for(i=0;i<200;i++){G->a[i].source=i;G->a[i].adj=NULL;}}void InsertVertex(AdjLGraph *G,int i,DataType x) //插入顶点{if (i>=0&&i<200){G->a[i].data.daoshi=x.daoshi;//修道士人数G->a[i].data.yeren=x.yeren;//野人人数G->a[i].data.ship=x.ship;//船的状态G->numOfVerts++;}else printf("顶点越界\n");}void InsertEdge(AdjLGraph *G,int i,int j) //插入边{Edge *p;if(i<0||i>=G->numOfVerts||j<0||j>=G->numOfVerts){printf("参数i或j越界出错!\n");return;}p=(Edge*)malloc(sizeof(Edge));//申请邻接边单链表结点空间p->dest=j;//置邻接边弧头序号p->next=G->a[i].adj;//G->a[i].adj=p;G->numOfEdges++;}void AdjDestroy(AdjLGraph *G)//释放指针内存空间{int i;Edge *p,*q;for(i=0;i<G->numOfVerts;i++) //依次释放内存空间{p=G->a[i].adj;while(p!=NULL){q=p->next;free(p);p=q;}}}//队列typedef struct{int queue[200];int rear;int front;int count;}SeqCQueue;//初始化void QueueInitiate(SeqCQueue *Q){Q->rear=0;Q->front=0;Q->count =0;}//非空否int QueueNotEmpty(SeqCQueue Q){if(Q.count!=0) return 1;else return 0;}//入队列int QueueAppend(SeqCQueue *Q,int x){if(Q->count>0&&Q->rear==Q->front){printf("队列已满无法插入！\n");return 0;}else{Q->queue[Q->rear]=x;Q->rear=(Q->rear+1)%200;Q->count++;return 1;}}//出队列int QueueDelete(SeqCQueue *Q,int *d){if(Q->count==0){printf("队列已空无数据元素出队列！\n");return 0;}else{*d=Q->queue[Q->front];Q->front=(Q->front+1)%200;Q->count--;return 1;}}//取队头数据元素int QueueGet(SeqCQueue Q,int *d){if(Q.count==0){printf("队列已空无数据元素可取！\n");return 0;}else{*d=Q.queue[Q.front];return 1;}}//查找起始和最后的结点int Search(AdjLGraph *G,int x,int y,int m ){int i;for(i=0;i<G->numOfVerts;i++)if(G->a[i].data.daoshi==x&&G->a[i].data.yeren==y&&G->a[i].data.ship==m)return i;return -1;}int Checking(DataType x)//检查修道士是否安全{if((x.daoshi>=x.yeren||x.daoshi ==0)&&((n-x.daoshi)>=(n-x.yeren)||x.daoshi ==n)&& x.daoshi >=0&&x.daoshi <=n&&x.yeren >=0&&x.yeren<=n)return 1;else return 0;}//将能走通的点连接起来int Connect(AdjLGraph *G,int i,int j){int m;m=(G->a[i].data.daoshi-G->a[j].data.daoshi)+(G->a[i].data.yeren-G->a[j].data.yeren);if(G->a[i].data.ship==0&&G->a[j].data.ship==0||G->a[i].data.ship==1&&G->a[j].data.ship==1) return 0; //两个结点都在此岸或都在对岸，不连通else if(G->a[i].data.ship==1&&G->a[j].data.ship==0) //从起始岸到目的岸人数要减少{if(G->a[j].data.daoshi>G->a[i].data.daoshi||G->a[j].data.yeren>G->a[i].data.yeren)//----------如果J结点的道士或野人的个数比开始船没从I开到J时还大时return 0;if(G->a[j].data.daoshi==G->a[i].data.daoshi&&G->a[j].data.yeren==G->a[i].data.yeren) return 0;if(m>c)return 0;//------------船上的人超重return 1;}else if(G->a[i].data.ship==0&&G->a[j].data.ship==1){//-----------------------从终点到起始最后人应该有所增加if(G->a[j].data.daoshi<G->a[i].data.daoshi||G->a[j].data.yeren<G->a[i].data.yeren) //----------如果J结点的道士或野人的个数比开始船没从I开到J时还小时return 0;if(G->a[j].data.daoshi==G->a[i].data.daoshi&&G->a[j].data.yeren==G->a[i].data.yeren)return 0;if((-1)*m>n)return 0;//------------船上的人超重return 1;}return 0;}//创建图void Creat(AdjLGraph *G){int i,j,k,m;m=0;DataType x;for(k=0;k<=1;k++)//船有两种情况,在对岸和在起始岸{for(i=0;i<=n;i++)for(j=0;j<=n;j++){x.daoshi=i;x.yeren=j;x.ship=k;if(Checking(x)==1){InsertVertex(G,m,x);m++;}}}for(i=0;i<G->numOfVerts;i++)for(j=0;j<G->numOfVerts;j++)if(Connect(G,i,j)){InsertEdge(G,i,j);}}int N; //渡河成功的总次数int M; //最短路径int v1; //起始点int v2; //终点//从后向前打印最短路径int Print(AdjLGraph G){int k,i=0;printf("(%d %d %d)<-----",G.a[v2].data.daoshi,G.a[v2].data.yeren,G.a[v2].data.ship);for(k=Path1[v2];k!=v1;k=Path1[k]){i++;printf("(%d %d %d)<------",G.a[k].data.daoshi,G.a[k].data.yeren,G.a[k].data.ship);}printf("(%d %d %d)\n",G.a[v1].data.daoshi,G.a[v1].data.yeren,G.a[v1].data.ship);return i;}//用广度优先遍历搜索最短路径int BroadFSearch(AdjLGraph G,int u,int v){Edge *p;int visit[200];//标记点是否被访问int w,z;memset(visit,0,sizeof(visit)); //对数组visit[200]清零SeqCQueue Q;visit[u]=1;QueueInitiate(&Q);QueueAppend(&Q,u);while(QueueNotEmpty(Q)){QueueDelete(&Q,&w);p=G.a[w].adj;while(p!=NULL){z=p->dest;if(z==v){Path1[z]=w;//---------------保存前驱printf("输出一种最短路径的情况\n");M=Print(G);return 1;}else if(!visit[z]) //结点j未被访问过{Path1[z]=w;visit[z]=1;QueueAppend(&Q,z);}p=p->next;}}return 0;}void Print1(AdjLGraph G){int k,j;int i=0;DataType a1[200];memset(a1,0,sizeof(a1));for(k=Path[v1];k!=v2;k=Path[k]){a1[0]=G.a[v1].data;a1[i+1]=G.a[k].data;i++;}if(i==M){a1[i+1]=G.a[v2].data;N++;printf("(%d %d %d)",G.a[v1].data.daoshi,G.a[v1].data.yeren,G.a[v1].data.ship);for(j=1;j<=M+1;j++){printf("-->(%d %d)-->(%d %d %d)",abs(a1[j].daoshi-a1[j-1].daoshi),abs(a1[j].yeren-a1[j-1].yeren) ,a1[j].daoshi,a1[j].yeren,a1[j].ship);}printf("\n");}}//利用深度搜索找出所有最短路径void DFS(AdjLGraph G,int u,int v ,int visited[]){Edge *p;int w;visited[u]=1;p=G.a[u].adj;while(p!=NULL){w=p->dest;if(w==v){Path[u]=w;//-----记下当前结点的后驱Print1(G);}else if(visited[w]==0) {Path[u]=w;//找后驱，保存下来DFS(G,w,v,visited);}p=p->next;}visited[u]=0;}int main(){AdjLGraph G;int visited[200]; //标记结点是否被访问printf("输入小船可装的人数:\n");while(scanf("%d",&c)!=EOF){memset(Path,0,sizeof(0));memset(visited,0,sizeof(visited));memset(Path1,0,sizeof(Path1));N=0;printf("输入野人或修道士的个数:\n");scanf("%d",&n);AdjInitiate(&G);Creat(&G);v1=Search(&G,n,n,1);v2=Search(&G,0,0,0);if(BroadFSearch( G,v1, v2)==0)printf("渡河失败\n");else{printf("输出所有最短路径的情况:\n");DFS(G,v1,v2,visited);printf("共有%d种情况\n",N);}printf("输入小船可装的人数:\n");}return 0;}题号题目6、西文图书管理系统1、需求分析图书管理基本业务活动包括：对一本书的采编入库、清除库存、借阅和归还等等。