数据结构迷宫问题实验报告

《数据结构与算法设计》迷宫问题实验报告——实验二专业：物联网工程班级：物联网1班学号：15180118姓名：刘沛航一、实验目的本程序是利用非递归的方法求出一条走出迷宫的路径，并将路径输出。首先由用户输入一组二维数组来组成迷宫，确认后程序自动运行，当迷宫有完整路径可以通过时，以0和1所组成的迷宫形式输出，标记所走过的路径结束程序；当迷宫无路径时，提示输入错误结束程序。二、实验内容用一个m*m长方阵表示迷宫，0和1分别表示迷宫中的通路和障碍。设计一个程序对于任意设定的迷宫，求出一条从入口到出口的通路，或得出没有通路的结论。三、程序设计1、概要设计（1）设定栈的抽象数据类型定义ADTStack{数据对象：D={ai|ai属于CharSet，i=1、2…n，n=0}数据关系：R={ai-1,ai|ai-1,ai属于D，i=2,3,…n}基本操作：InitStack(&S)操作结果：构造一个空栈Push（&S，e）初始条件：栈已经存在操作结果：将e所指向的数据加入到栈s中Pop（&S,&e）初始条件：栈已经存在操作结果：若栈不为空，用e返回栈顶元素，并删除栈顶元素Getpop（&S，&e）初始条件：栈已经存在操作结果：若栈不为空，用e返回栈顶元StackEmpty(&S)初始条件：栈已经存在操作结果：判断栈是否为空。若栈为空，返回1，否则返回0Destroy(&S)初始条件：栈已经存在操作结果：销毁栈s}ADTStack（2）设定迷宫的抽象数据类型定义ADTyanshu{数据对象：D={ai,j|ai,j属于{‘’、‘*’、‘@’、‘#’},0=i=M,0=j=N}数据关系：R={ROW,COL}ROW={ai-1,j,ai,j|ai-1,j,ai,j属于D，i=1,2,…M,j=0,1,…N}COL={ai,j-1,ai,j|ai,j-1,ai,j属于D,i=0,1,…M，j=1,2,…N}基本操作：InitMaze(MazeType&maze,inta[][COL],introw,intcol){初始条件：二维数组inta[][COL],已经存在，其中第1至第m-1行，每行自第1到第n-1列的元素已经值，并以值0表示障碍，值1表示通路。操作结果：构造迷宫的整形数组，以空白表示通路，字符‘0’表示障碍在迷宫四周加上一圈障碍MazePath（&maze）{初始条件：迷宫maze已被赋值操作结果：若迷宫maze中存在一条通路，则按如下规定改变maze的状态；以字符‘*’表示路径上的位置。字符‘@’表示‘死胡同’；否则迷宫的状态不变}PrintMaze（M）{初始条件：迷宫M已存在操作结果：以字符形式输出迷宫}}ADTmaze（3）本程序包括三个模块a、主程序模块voidmain(){初始化；构造迷宫；迷宫求解；迷宫输出；}b、栈模块——实现栈的抽象数据类型c、迷宫模块——实现迷宫的抽象数据类型2、详细设计（1）坐标位置类型：typedefstruct{introw;//迷宫中的行intcol;//......的列}PosType;//坐标（2）迷宫类型：typedefstruct{intm,n;intarr[RANGE][RANGE];}MazeType;//迷宫类型voidInitMaze(MazeType&maze,inta[][COL],introw,intcol)\//设置迷宫的初值，包括边缘一圈的值BoolMazePath(MazeType&maze,PosTypestart,PosTypeend)//求解迷宫maze中，从入口start到出口end的一条路径//若存在，则返回true，否则返回falseVoidPrintMaze（MazeTypemaze）//将迷宫打印出来（3）栈类型：typedefstruct{intstep;//当前位置在路径上的序号PosTypeseat;//当前的坐标位置DirectiveTypedi;//往下一个坐标位置的方向}SElemType;//栈的元素类型typedefstruct{SElemType*base;SElemType*top;intstacksize;}SqStack;栈的基本操作设置如下：VoidInitStack（SqStack&S）//初始化，设S为空栈（S.top=NUL）VoidDestroyStack(Stack&S)//销毁栈S，并释放空间VoidClearStack（SqStack&S）//将栈S清空IntStackLength（SqStack&S）//返回栈S的长度StatusStackEmpty（SqStack&S）？、若S为空栈（S.top==NULL），则返回TRUE，否则返回FALSEStatueGetTop（SqStack&S，SElemTypee）//r若栈S不空，则以e待会栈顶元素并返回TRUE，否则返回FALSEStatuePop(SqStack&S，SElemTypee)//若分配空间成功，则在S的栈顶插入新的栈顶元素s并返回TRUE//否则栈不变，并返回FALSEStatuePush(SqStack&S，SElemType&e)//若分配空间程控，则删除栈顶并以e带回其值，则返回TRUE//否则返回FALSEVoidStackTraverse（SqStack&S，Status）（*Visit）（SElemTypee））//从栈顶依次对S中的每个节点调用函数Visit4求迷宫路径的伪码算法：StatusMazePath(MazeType&maze,PosTypestart,PosTypeend){//求解迷宫maze中,从入口start到出口end的一条路径InitStack(s);PosTypecurpos=start;intcurstep=1;//探索第一部do{if(Pass(maze,curpos)){//如果当前位置可以通过,即是未曾走到的通道块FootPrint(maze,curpos);//留下足迹e=CreateSElem(curstep,curpos,1);//创建元素Push(s,e);if(PosEquare(curpos,end))returnTRUE;curpos=NextPos(curpos,1);//获得下一节点:当前位置的东邻curstep++;//探索下一步}else{//当前位置不能通过if(!StackEmpty(s)){Pop(s,e);while(e.di==4&&!StackEmpty(s)){MarkPrint(maze,e.seat);Pop(s,e);//留下不能通过的标记,并退回步}if(e.di4){e.di++;Push(s,e);//换一个方向探索curpos=NextPos(e.seat,e.di);//设定当前位置是该方向上的相块}//if}//if}//else}while(!StackEmpty(s));returnFALSE;}//MazePath四、程序调试分析1.首先呢，想自己读入数据的，回来发现那样，很麻烦，所以还是事先定义一个迷宫。2.栈的元素类型一开始有点迷惑，后来就解决了3.本题中三个主要算法；InitMaze，MazePath和PrintMaze的时间复杂度均为O（m*n）本题的空间复杂度也是O（m*n）五、用户使用说明1．本程序运行在windows系列的操作系统下，执行文件为：Maze_Test.exe。六、程序运行结果1.建立迷宫：2．通过1功能建立8*8的迷宫后，通过2功能继续建立迷宫内部：通过建立自己设定单元数目建立迷宫内墙。3．通过3功能观察已建立的迷宫结构：4．通过4功能确立迷宫起点和终点：（此处像我们随机选择4,4和2,7分别为起点终点）5．执行5功能，判断是否有路径走出迷宫：这种情况无法走出迷宫。我们再次观察图像设4,4和1,6分别为起点终点，再运行5功能。观察到可以成功解开迷宫步数从1依次开始。七、程序清单#includestdio.h#includestdlib.h#includestring.h#includemalloc.h//迷宫坐标位置类型typedefstruct{intx;//行值inty;//列值}PosType;#defineMAXLENGTH25//设迷宫的最大行列为25typedefintMazeType[MAXLENGTH][MAXLENGTH];//迷宫数组[行][列]typedefstruct//栈的元素类型{intord;//通道块在路径上的＂序号＂PosTypeseat;//通道块在迷宫中的＂坐标位置＂intdi;//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MazeTypem;//迷宫数组intcurstep=1;//当前足迹,初值为1#defineSTACK_INIT_SIZE10//存储空间初始分配量#defineSTACKINCREMENT2//存储空间分配增量//栈的顺序存储表示typedefstructSqStack{SElemType*base;//在栈构造之前和销毁之后，base的值为NULLSElemType*top;//栈顶指针intstacksize;//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SintInitStack(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;return1;}//若栈S为空栈（栈顶与栈底相同的），则返回1，否则返回0。intStackEmpty(SqStackS){if(S.top==S.base)return1;elsereturn0;}//插入元素e为新的栈顶元素。intPush(SqStack*S,SElemTypee){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;return1;}//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。intPop(SqStack*S,SElemType*e){if((*S).top==(*S).base)return0;*e=*--(*S).top;//这个等式的++*优先级相同，但是它们的运算方式，是自右向左return1;}//定义墙元素值为0,可通过路径为1,不能通过路径为-1,通过路径为足迹//当迷宫m的b点的序号为1(可通过路径)，return1;否则，return0。intPass(PosTypeb){if(m[b.x][b.y]==1)return1;elsereturn0;}voidFootPrint(PosTypea)//使迷宫m的a点的序号变为足迹(curstep)，表示经过{m[a.x][a.y]=curstep;}//根据当前位置及移动方向，返回下一位置PosTypeNextPos(PosTypec,intdi){PosTypedirec[4]={{0,1},{1,0},{0,-1},{-1,0}};//{行增量,列增量}//移动方向,依次为东南西北c.x+=direc[di].x;c.y+=dire