数据结构课程设计—迷宫求解

湖南工业大学

课程设计

资料袋

计算机与通信学院（系、部）2009 ~ 2010 学年第二学期课程名称数据结构指导教师邓彬职称

学生姓名柏云专业班级软件工程学号09408300134

题目编制一个求解迷宫通路的程序

成绩起止日期2010年6 月28日～2010年7 月 4 日

目录清单

湖南工业大学

课程设计任务书

2009 —2010 学年第二学期

计算机与通信学院（系、部）软件工程专业091 班级课程名称：数据结构

设计题目：编制一个求解迷宫通路的程序

完成期限：自2010 年 6 月28日至2010 年7 月 4 日共 1 周

指导教师（签字）：年月日

系（教研室）主任（签字）：年月日

数据结构

设计说明书

数据结构课程设计

编制一个求解迷宫通路的程序

起止日期： 2010 年 6 月 28日 至 2010年 7 月 4 日

计算机与通信学院（部）

年 月 日

学生姓名 柏云 班级 软件091班 学号 09408300134

成

绩

指导教师(签字)

湖南工业大学课程设计情况分析表

指导教师（签字）：年月日

系（教研室）主任（签字）：年月日备注：本表在课程设计完成后由指导教师填写，与课程设计资料一起存档。

目录

1. 题目及需求分析…………………………… VI

2. 概要设计…………………………………… VII

3. 详细设计…………………………………… X

4. 调试分析…………………………………… XIX

5. 用户手册…………………………………… XXI

6. 测试结果…………………………………… XXIII

7. 附录程序清单…………………………… XXV

编制一个求解迷宫通路的程序.

扩展:

增加迷宫地图的随机生成;

增加人工操作游戏功能;

可显示迷宫通路.

一 . 需求分析

( 1 ) 以二维数组的形式存储迷宫地图, 0 代表通路 , 1 代表墙壁 , 2 代表已走过的足迹 , 3 代表死路 ,以上用宏定义如下:

( 2 )设计交互界面, 用户只需输入选择就可做想做的事情.

( 3 ) 用户可以自己输入迷宫的大小 , 然后由程序自动生成随机迷宫.

( 4 ) 求出迷宫通路并且打印在屏幕上.

( 5 ) 用户可以通过方向键控制小人自己走出迷宫.

( 6 ) 使用文件存储迷宫的矩阵表示以及图形表示.

二 . 概要设计

1.设定栈的抽象数据类型定义 :

ADT Stack {

数据对象 : D={ai|ai∈ADT MazeType , i = 0,1,2……n , n≥0}

数据关系 : R1={ | ai-1,ai ∈D,i=2,……n }

基本操作 :

InitStack(SqStack &s)

操作结果 : 构造一个空栈

GetTop(SqStack s,SElemType &e)

初始条件 : 栈 s 以存在

操作结果 : 获取栈顶元素

Push(SqStack &s,SElemType &e)

初始条件 : 栈 s 以存在

操作结果 : 在栈顶插入新元素

Pop(SqStack &s,SElemType &e)

初始条件 : 栈 s 以存在

操作结果 : 删除栈顶元素,并删除e值

StackEmpty(SqStack s)

初始条件 : 栈 s 以存在

操作结果 : 判断栈是否为空

ClearStack(SqStack &s)

初始条件 : 栈 s 以存在

操作结果 : 将栈置为空栈

} ADT SqStack;

2.设定迷宫的抽象数据类型

ADT MazeType{

数据对象 : D={ai,j|ai,j∈{‘’,‘#’、‘@’、‘*’}，0<=i<=m+1, 0<=j<=n+1,m,n<=10} 数据关系 : R={ROW,COL}

ROW={|ai-1,j,ai,j∈D,i=1,……,m+1,j=0,……,n+1}

COW={|ai-1,j,ai,j∈D,i=1,……,m+1,j=0,……,n+1} 基本操作 :

Status InitMaze(MazeType &maze,int a[][],int row,int col)

初始条件: 数组a 中存放了迷宫的矩阵表示,row 和 col 为迷宫的大小

操作结果: 将数组 a 复制到迷宫类型的数组 arr 中,并保存迷宫的行和列

Status Pass(MazeType &maze,PosType curpos)

初始条件: maze 存在迷宫, curpos 保存了当前位置的坐标

操作结果: 如果可通,返回真,否则为假

Status FootPrint(MazeType &maze,PosType curpos)

初始条件: maze 存在迷宫, curpos 保存了当前位置的坐标

操作结果: 将当前坐标curpos处的arr[][]值记为足迹

Status MarkPrint(MazeType &maze,PosType curpos)

初始条件: maze 存在迷宫, curpos 保存了当前位置的坐标

操作结果: 将当前坐标curpos处的arr[][]值记为死路

SElemType CreateSElem(int step,PosType pos,DirectiveType di) 初始条件: 各参数值都已经定义

操作结果: 为要走的当前位置生成一个栈元素类型

PosType &NextPos(PosType curpos,DirectiveType di)

初始条件: 各参数值已经定义

操作结果: 求得以当前位置为栈顶的下一个方向的元素的坐标

Status PosEquare(PosType pos1,PosType pos2)

初始条件: 个参数值已经定义

操作结果: 判断是否为同一位置,是则返回真, 否则为假.

void PrintMaze(MazeType maze)

初始条件: maze 存在迷宫地图

操作结果: 在屏幕上打印出迷宫的可用路径

Status MazePath(MazeType &maze,PosType start,PosType end) 初始条件: maze 存在迷宫地图

操作结果: 为建立的迷宫找到一条路径

}ADT MazeType;

3.本程序包含6个模块

1)主程序模块:

int main()

{

主菜单函数, 实现时间循环.

return 0;

}//主函数

2)栈模块----实现栈抽象数据类型

3)迷宫模块----实现迷宫抽象数据类型

4)迷宫随机地图生成模块----用户自定义迷宫地图的生成

5)菜单模块----实现与用户交互菜单

6)游戏模块----实现游戏功能

各模块之间的调用如下:

4.求解迷宫通路的伪码算法:

设定当前位置的初值为入口位置;

Do

{

若当前位置可通,

则{

将当前位置插入栈顶; //纳入路径

若该位置为出口位置,则结束; //求的路径存放在栈中

否则切换当前位置的东邻方块为新的当前位置;

}

否则{

若栈不空且栈顶位置还有其他位置没有被探索,

则设定新的当前位置为沿顺时针方向旋转找到的栈顶位置的下一相邻块.

若栈不空但栈顶位置的四周均不可通,

则{

删去栈顶位置; //后退一步,从路径中删去该通道快

若栈不空,则重新测试新的栈顶位置,

直到找到一个可通的相邻块或出栈至空栈;

}

}

}while ( 栈不空 ); { 栈空说明没有路径存在 }

三. 详细设计

工程文件视图:

类视图:

-----------------------------头文件设计

---------------------------

1.my_Stack.h 文件

#ifndef MY_STACK_H

#define MY_STACK_H

#define TURE 1

#define FALSE 0

#define OK 1

#define ERROR 0

#define INFEASIBLE -1

#define OVERFLOW -2

#define STACK_INIT_SIZE 100

#define STACKINCREMENT 10

typedef int Status;

typedef int DirectiveType;

typedef struct

{

int row;

int col;

}PosType;

typedef struct //栈中的数据元素类型

{

int step;

PosType seat;

DirectiveType di;

}SElemType;

typedef struct //栈结构

{

SElemType *base;

SElemType *top;

int stacksize;

}SqStack;

//----------------栈的基本操作----------------

//初始化

Status InitStack(SqStack &s);

//得到栈顶元素

Status GetTop(SqStack s,SElemType &e);

//入栈

Status Push(SqStack &s,SElemType &e);

//出栈

Status Pop(SqStack &s,SElemType &e);

//判断栈是否为空

int StackEmpty(SqStack s);

//清空栈

Status ClearStack(SqStack &s);

#endif

2.my_Maze_Create.h 文件

#ifndef MY_MAZE_CREATE_H

#define MY_MAZE_CREATE_H

#define MAZE_MAX 155

//路径查找

int search(int map[MAZE_MAX+2][MAZE_MAX+2],int x,int y);

//迷宫生成

void Make_Maze(int map[MAZE_MAX+2][MAZE_MAX+2],int x,int y);

//生成迷宫文件

void Maze_File_Make (int mazeMap[MAZE_MAX * 2][MAZE_MAX * 2],int x,int y );

#endif

3.my_Maze.h 文件

#ifndef MY_MAZE_H

#define MY_MAZE_H

#include "my_Stack.h"

#include "my_Maze_Create.h"

#define RANGE 300 //迷宫最大限制

#define ROAR 0 //迷宫中点可通点

#define WALL 1 //墙

#define ETR 2 //已走过的足迹

#define JAM 3 //死路

typedef struct

{

int x,y; //迷宫的实际行、列

int arr[RANGE][RANGE]; //迷宫最多的行列，限定作用

}MazeType;

//----------------迷宫的基本操作-----------------

//初始化迷宫

Status InitMaze(MazeType &maze,int a[MAZE_MAX * 2][MAZE_MAX * 2],int row,int col);

//判断当前位置是否可通

Status Pass(MazeType &maze,PosType curpos);

//可通标记

Status FootPrint(MazeType &maze,PosType curpos);

//不可通标记

Status MarkPrint(MazeType &maze,PosType curpos);

//为要走的当前位置生成一个栈元素类型

SElemType CreateSElem(int step,PosType pos,DirectiveType di);

//求得以当前位置为栈顶的下一个方向的元素的坐标

PosType &NextPos(PosType curpos,DirectiveType di);

//判断是否为同一位置

Status PosEquare(PosType pos1,PosType pos2);

//打印迷宫

void PrintMaze(MazeType maze);

//为建立的迷宫找到一条路径

Status MazePath(MazeType &maze,PosType start,PosType end) ;

#endif

4.MazePlay.h 文件

#ifndef MAZEPLAY_H

#define MAZEPLAY_H

//获取方向键响应事件

int getPos();

//移动小人的位置

Status MovePos ( MazeType &maze, int pos );

//判断按键方向是否可以移动

bool isMoveable ( MazeType &maze ,PosType pos);

//显示当前位置的状态1

void disPlay ( MazeType &maze, PosType pos );

//显示当前位置的状态2

void disPlay_2 ( MazeType &maze, PosType pos );

//游戏主事件

int playMain ( MazeType &maze );

#endif

5.Main_Menu.h 文件

#ifndef MAIN_MENU_H

#define MAIN_MENU_H

typedef struct {

PosType start;

PosType end;

}EtrANdOutPos;

//菜单显示1

void displayMenu_1 ();

//菜单显示2

void displayMenu_2 ();

//菜单调节

void displayMenu_3 ();

//自定义迷宫

EtrANdOutPos creatPsnMaze (int mazeMap[MAZE_MAX * 2][MAZE_MAX * 2] , MazeType &maze );

//主选择菜单

int MainChoiceMenu();

//光标移动

void gotoxy(int x, int y);

#endif

6.myHeader.h 主包含头文件

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include "my_Stack.h"

#include "my_Maze.h"

#include "my_Maze_Create.h"

#include "Main_Menu.h"

#include "MazePlay.h"

#include

#include

using namespace std;

-------------------------实现文件(部分)--------------------------- 1.my_Maze_Create.cpp 文件

#include "myHeader.h"

int map[MAZE_MAX+2][MAZE_MAX+2];

int search(int map[MAZE_MAX+2][MAZE_MAX+2],int x,int y)

{static int d[4][2]={0,1,1,0,0,-1,-1,0};

int zx=x*2,zy=y*2,next,turn,i;

map[zx][zy]=1;

turn = rand()%2 ? 1 : 3;

for(i=0,next=rand()%4; i<4; i++,next=(next+turn)%4)

if(map[zx+2*d[next][0]][zy+2*d[next][1]]==0){

map[zx+d[next][0]][zy+d[next][1]]=1;

search(map,x+d[next][0],y+d[next][1]);

}return 0;}

void Make_Maze(int map[MAZE_MAX+2][MAZE_MAX+2],int x,int y){

int z1,z2;

for(z1=0,z2=2*y+2;z1<=2*x+2;z1++)map[z1][0]=1,map[z1][z2]=1;

for(z1=0,z2=2*x+2;z1<=2*y+2;z1++)map[0][z1]=1,map[z2][z1]=1;

map[1][2]=1; map[2*x+1][2*y]=1;srand((unsigned)time(NULL));

search(map,rand()%x+1,rand()%y+1);

map[1][0] = '1'; map[x-2][y-1] = '1';

}

//生成迷宫文件 C 实现

void Maze_File_Make (int mazeMap[MAZE_MAX * 2][MAZE_MAX * 2],int x,int y ){ 生成随机迷宫地图文件并读取;

}

2.my_Maze.cpp文件

//打印迷宫

void PrintMaze(MazeType maze){

打印迷宫路径地图;

}

//为建立的迷宫找到一条路径

Status MazePath(MazeType &maze,PosType start,PosType end){

SqStack s;SElemType e;InitStack(s);PosType curpos=start;

curstep = 1;

do{if(Pass(maze,curpos)){

FootPrint(maze,curpos);e=CreateSElem(curstep,curpos,1);

Push(s,e);if(PosEquare(curpos,end))return TURE;

curpos=NextPos(curpos,1);curstep++;

}

else{if(!StackEmpty(s)){

Pop(s,e);while(e.di == 4 && !StackEmpty(s)){

MarkPrint(maze,e.seat);Pop(s,e);curstep--;

}

if( e.di < 4 ){

e.di ++;Push(s,e);curpos=NextPos(e.seat,e.di);}}}

}while(!StackEmpty(s));

return FALSE;

}

3.MazePlay.cpp文件

#include "myHeader.h"

PosType start;

PosType end;

PosType curPos;

PosType prePos;

int getPos(){

pos = 键位标识符;

return pos;

}

Status MovePos ( MazeType &maze, int pos )

{

switch(pos){

case : 向pos方向移动;

} return 0;}

bool isMoveable ( MazeType &maze ,PosType pos){

if ( maze.arr[pos.row][pos.col] == 1 )return false;

return true;

}

void disPlay ( MazeType &maze, PosType pos ){

显示迷宫;

}

void disPlay_2 ( MazeType &maze, PosType pos ){

显示小人的当前位置;

}

4.main.cpp 主函数

#include "myHeader.h"

int main(){

//主菜单

MainChoiceMenu();

return 0;

}//主函数

函数调用关系图如下:

四: 调试分析

1.本次作业比较简单 , 只是后期在原来的程序上做了许多扩展, 如实现

随机迷宫地图的自动生成和游戏模式. 初期的调试总是输出“没有

找到路径”, 但是迷宫的路径确实是存在的,后来发现是由于迷宫的自

生成算法与输入有些不一致, 更正了行列顺序后,程序能正常运行.

2.在设计迷宫初始化函数的时候,参数的传递出现错误,主要是对指针和

引用的理解出现混淆,通过查阅相关资料, 弄清楚了两者之间的区别,指针是用于指向一个变量的地址,而引用只是对一个已存在变量的一个重命名.

3.在调试过程中使用printf函数输出标志信息跟踪函数调用,收到了显

著的效果,大大提高了调试效率,有利于以后的代码调试.

4.使用了小部分的win32 API,发现使用局部句柄时,调用的winAPI不能

正常运行,改成全局后问题解决.

5.程序源代码中仍有部分重复代码,可以模块化,实现代码重用.

6.在实现游戏功能时发现,每次调用disPlay 函数时都进行清屏操作,屏

幕的闪动幅度非常大,眼睛很容易疲劳, 第一次改进后, 去除了清屏操作, 而采用覆盖式的输出 ,即在原来已有的画面上再次打印.经过这次改进, 界面趋向与稳定,但是,在进行高频率按键时,仍然可以发现有较小的闪动

现象.经过思考,发现迷宫地图是不变的,只要重画改变部分就可以了,再次改进后,游戏时已经没有闪屏现象出现.

代码中的主要算法: Make_Maze的时间复杂度为O( n * logn ), MazePath 的时间复杂度为O( n * m ).