数据结构迷宫实验报告.docx
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数据结构迷宫实验报告
(本实验项目方案受“教育部人才培养模式创新实验区(X3108005)”项目资助)
实验难度:
A□B□C□
实验难度
A□B□C□
承担任务
(难度为C时填写)
指导教师评分
(签名)
【实验题目】
实验4.数组的表示极其应用
【问题描述】
以一个m×n的长方阵表示迷宫,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。
【基本要求】
首先实现一个以链表作存储结构的栈类型,然后编写一个求解迷宫的非递归程序。
求得的通路以三元组(i,j,d)的形式输出,其中:
(i,j)指示迷宫中的一个坐标,d表示走到下一坐标的方向。
如;对于下列数据的迷宫,输出的一条通路为:
(l,1,1),(1,2,2),(2,2,2),(3,2,3),(3,1,2),…。
(下面的内容由学生填写,格式统一为,字体:
楷体,行距:
固定行距18,字号:
小四,个人报告按下面每一项的百分比打分。
难度A满分70分,难度B满分90分)
一、【实验构思(Conceive)】(10%)
(本部分应包括:
描述实验实现的基本思路,包括所用到的离散数学、工程数学、程序设计、算法等相关知识)
本实验的目的是设计一个程序,实现手动或者自动生成一个n×m矩阵的迷宫,寻找一条从入口点到出口点的通路。
我们将其简化成具体实验内容如下:
选择手动或者自动生成一个n×m的迷宫,将迷宫的左上角作入口,右下角作出口,设“0”为通路,“1”为墙,即无法穿越。
假设从起点出发,目的为右下角终点,可向“上、下、左、右、左上、左下、右上、右下”8个方向行走。
如果迷宫可以走通,则用“■”代表“1”,用“□”代表“0”,用“→”代表行走迷宫的路径。
输出迷宫原型图、迷宫路线图以及迷宫行走路径。
如果迷宫为死迷宫,输出信息。
可以二维数组存储迷宫数据,用户指定入口下标和出口下标。
为处理方便起见,可在迷宫的四周加一圈障碍。
对于迷宫中任一位置,均可约定有东、南、西、北四个方向可通。
二、【实验设计(Design)】(20%)
(本部分应包括:
抽象数据类型的功能规格说明、主程序模块、各子程序模块的伪码说明,主程序模块与各子程序模块间的调用关系)
1.设定迷宫的抽象数据类型定义:
ADTMaze{
数据对象:
D={ai,j|ai,j∈{‘■’、‘□’、‘※’、‘→’、‘←’、‘↑’、‘↓’},0≤i≤row+1,0≤j≤col+1,row,col≤18}
数据关系:
R={ROW,COL}
ROW={|ai-1,j,ai,j∈D,i=1,…,row+1,j=0,…,col+1}
COL={|ai,j-1,ai,j∈D,i=0,…,row+1,j=1,…,col+1}
基本操作:
Init_hand_Maze(Maze,row,col)
初始条件:
二维数组Maze[][]已存在。
操作结果:
手动初始化迷宫,0表示通路,1表示障碍。
Init_automatic_Maze(Maze,row,col)
初始条件:
二维数组Maze[][]已存在。
操作结果:
自动初始化迷宫,0表示通路,1表示障碍。
PrintMaze(Maze)
初始条件:
迷宫Maze已存在。
操作结果:
将迷宫输出到屏幕,“□”表示通路,“■”表示障碍。
MazePath(Maze)
初始条件:
迷宫Maze已存在。
操作结果:
计算路径。
PrintPath(Maze)
初始条件:
迷宫Maze已存在。
操作结果:
若迷宫存在一条通路,将路径输出至屏幕,以“→”“←”“↑”“↓”表示可行路径,“※”表示途径过却无法到达出口的位置;若不存在通路,报告相应信息。
}ADTMaze;
2.设定栈的抽象数据类型定义:
ADTStack{
数据对象:
D={ai|ai∈CharSet,i=1,2,…,n,n≥0}
数据关系:
R1={|ai-1,ai∈D,i=2,…,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S已存在。
操作结果:
在栈S的栈顶插入新的栈顶元素e。
Pop(&S,&e)
初始条件:
栈S已存在.
操作结果:
删除S的栈顶元素,并以e返回其值。
}ADTStack;
3.本程序包含三个模块
1)主程序模块:
voidmain()
{
初始化;
do{
接受命令;
处理命令;
}while(命令!
=退出);
}
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各模块之间的调用关系如下:
主程序模块
迷宫模块
栈模块
三、【实现描述(Implement)】(30%)
(本部分应包括:
抽象数据类型具体实现的函数原型说明、关键操作实现的伪码算法、函数设计、函数间的调用关系,关键的程序流程图等,给出关键算法的时间复杂度分析。
)
1.迷宫与栈类型
intmaze[M][N],row,col;
typedefstruct//存放迷宫访问到点的行,列,方向
{
intm,n,direc;
}MazeType,*LMazeType;
typedefstruct
{
LMazeTypetop;//路径第一个元素的位置
LMazeTypebase;//路径最后一个元素的位置
intstacksize;//栈大小
intover;//溢出
}Stack;
2.栈操作函数
voidInit_hand_Maze(intmaze[M][N],intm,intn)
{
inti,j;
for(i=1;i<=m+1;i++)
for(j=1;j<=n+1;j++)
{
maze[i][j]=1;
}
cout<<"请按行输入迷宫,0表示通路,1表示障碍:
"<for(i=1;ifor(j=1;jcin>>maze[i][j];
for(i=1;i{
for(j=1;j{
if(maze[i][j]!
=0&&maze[i][j]!
=1){
cout<<"您输入有误,请重新输入";
Init_hand_Maze(maze,m,n);
}
}
}
}
时间复杂度为O(m*n)
voidInit_automatic_Maze(intmaze[M][N],intm,intn)//自动生成迷宫
{
inti,j;
cout<<"\n迷宫生成中……\n\n";
system("pause");
for(i=1;ifor(j=1;jmaze[i][j]=rand()%2;//随机生成0、1
时间复杂度为O(m*n)
StatusPush(Stack&S,MazeTypee)//将路径上的点依次压栈
{
if(S.top-S.base>=S.stacksize)
{
S.base=(LMazeType)realloc(S.base,(S.stacksize+STACKINCREMENT)*sizeof(MazeType));
if(!
S.base)exit(OVERFLOW);
S.top=S.base+S.stacksize;
S.stacksize+=STACKINCREMENT;
}
*S.top++=e;
returnOK;
}
StatusPop(Stack&S,MazeType&e)//将能走通的路径的点依次出栈
{
if(S.top==S.base)returnERROR;
e=*--S.top;
returnOK;
}
3.求解迷宫
StatusMazePath(Stack&S,MazeType&e,intmaze[M][N],intm,intn)
{
do
{
if(maze[e.m][e.n]==0)//0可通,1不可通,2为已走过
{
Push(S,e);
maze[e.m][e.n]=2;
if(e.m==m&&e.n==n)
{
S.over=1;//表示存满一条路径
returnOK;
}
else{
e.n++;
e.direc=0;//来这一点时的方向,0右1下2左3上
MazePath(S,e,maze,m,n);
}
}
else
{
if(S.top!
=S.base&&S.over!
=1)
{
switch(e.direc)//回到上一位置并同时改变方向走下一步
{
case0:
//退回后,列坐标减一,行坐标加一,下一方向向下
e.n--;
e.m++;
e.direc=1;
break;
case1:
//退回后,行坐标减一,列坐标减一,下一方向向左
e.m--;
e.n--;
e.direc=2;
break;
case2:
//退回后,列坐标加一,行坐标减一,下一方向向上
e.n++;
e.m--;
e.direc=3;
break;
case3:
//无需退回,路径,出栈
Pop(S,e);
break;
}
}
}
}while(S.top!
=S.base&&S.over!
=1);
returnOK;
}
时间复杂度为O(m*n)
4.打印路径
intPrintPath(StackS,intmaze[M][N],introw,intcol)
{
if(S.top==S.base)
{
cout<<"\n===============================================\n";
cout<<"此迷宫无解\n\n";
returnERROR;
}
MazeTypee;
while(S.top!
=S.base)
{
Pop(S,e);
maze[e.m][e.n]=(e.direc+10);
}
cout<<"\n===============================================\n";
cout<<"路径为:
"<inti,j;
for(i=1;i{
for(j=1;j
{
switch(maze[i][j])
{
case0:
cout<<"□";
break;
case1:
cout<<"■";
break;
case2:
cout<<"※";
break;
case10:
cout<<"→";
break;
case11:
cout<<"↓";
break;
case12:
cout<<"←";
break;
case13:
cout<<"↑";
break;
}
}
cout<}
cout<<"完成!
"<returnOK;
}
5.主函数
intmain()
{
switch(i)
{
case1:
Init_hand_Maze(maze,m,n);
PrintMaze(maze,m,n);
InitStack(S);
MazePath(S,start,maze,end.m,end.n);
PrintPath(S,maze,m,n);
break;
case2:
Init_automatic_Maze(maze,m,n);
PrintMaze(maze,m,n);
InitStack(S);
MazePath(S,start,maze,end.m,end.n);
PrintPath(S,maze,m,n);
break;
case3:
cycle=(-1);break;
default:
cout<<"\n";cout<<"你的输入有误!
\n";
break;
}
}
}
四、【测试结果(Testing)】(10%)
(本部分应包括:
对实验的测试结果,应具体列出每次测试所输入的数据以及输出的数据,并对测试结果进行分析总结)
手动生成迷宫寻找路径结果正确。
自动声称迷宫寻找路径结果正确。
四、【实验总结】(10%)
(本部分应包括:
自己在实验中完成的任务,注意组内的任意一位同学都必须独立完成至少一项接口的实现;对所完成实验的经验总结、心得)
1.本次实验核心算法明晰,思路明确,易于实现。
遇到的问题是,迷宫的外围若未设置障碍,用此程序采用的求解迷宫路径的算法无法获得正确结果。
2.本程序的MazePath算法代码不够简洁,但不影响算法实现。
3.本次实验由于时间问题和知识水平有限,还存在一些问题,比如:
界面比较单调,整个程序的功能还不完善,还有界面做的有些简单,菜单没有做好,可进行的操作太少,这些都有待进一步改善。
4.本次实验使我对迷宫游戏的原理有了一定的了解,但做出的结果离真正的迷宫还有很大差距,还需要进一步完善,需要自己课下学习更多的知识。
五、【项目运作描述(Operate)】(10%)
(本部分应包括:
项目的成本效益分析,应用效果等的分析。
)
本程序可基本实现题目的要求,但仍不够完善。
比如对于有多种路径的迷宫只能显示一条路径,当输入的路径超过范围时只能取前几个范围内的数据,而无法将这一消息告诉用户,这些问题还有待解决。
六、【代码】(10%)
(本部分应包括:
完整的代码及充分的注释。
注意纸质的实验报告无需包括此部分。
格式统一为,字体:
Georgia,行距:
固定行距12,字号:
小五)
#include//库中包含system("pause")和rand()函数
#include//c语言里的库
#include
#include
#defineOK1
#defineERROR0
#defineSTACK_INIT_SIZE100
#defineSTACKINCREMENT10
#defineOVERFLOW-1
#defineM49
#defineN49
usingnamespacestd;
intmaze[M][N];
typedefintStatus;
typedefstruct
{
intm,n,direc;
}MazeType,*LMazeType;
typedefstruct
{
LMazeTypetop;
LMazeTypebase;
intstacksize;
intover;
}Stack;
voidInit_hand_Maze(intmaze[M][N],intm,intn)
{
inti,j;
for(i=1;i<=m+1;i++)
for(j=1;j<=n+1;j++)
{
maze[i][j]=1;
}
cout<<"请按行输入迷宫,0表示通路,1表示障碍:
"<for(i=1;ifor(j=1;jcin>>maze[i][j];
for(i=1;i{
for(j=1;j{
if(maze[i][j]!
=0&&maze[i][j]!
=1){
cout<<"您输入有误,请重新输入";
Init_hand_Maze(maze,m,n);
}
}
}
}
voidInit_automatic_Maze(intmaze[M][N],intm,intn)//自动生成迷宫
{
inti,j;
cout<<"\n迷宫生成中……\n\n";
system("pause");
for(i=1;ifor(j=1;jmaze[i][j]=rand()%2;//随机生成0、1
}
voidPrintMaze(intmaze[M][N],introw,intcol)
{
inti,j;
cout<<"迷宫如图所示."<for(i=1;i{
for(j=1;j
{
if(maze[i][j]==1)
cout<<"■";
else
cout<<"□";
}
cout<}
}
StatusInitStack(Stack&S)
{
S.base=(LMazeType)malloc(STACK_INIT_SIZE*sizeof(MazeType));
if(!
S.base)exit(OVERFLOW);
S.top=S.base;
S.stacksize=STACK_INIT_SIZE;
S.over=0;
returnOK;
}
StatusPush(Stack&S,MazeTypee)
{
if(S.top-S.base>=S.stacksize)
{
S.base=(LMazeType)realloc(S.base,(S.stacksize+STACKINCREMENT)*sizeof(MazeType));
if(!
S.base)exit(OVERFLOW);
S.top=S.base+S.stacksize;
S.stacksize+=STACKINCREMENT;
}
*S.top++=e;
returnOK;
}
StatusPop(Stack&S,MazeType&e)
{
if(S.top==S.base)returnERROR;
e=*--S.top;
returnOK;
}
StatusMazePath(Stack&S,MazeType&e,intmaze[M][N],intm,intn)
{
do
{
if(maze[e.m][e.n]==0)//0可通,1不可通,2为已走过
{
Push(S,e);
maze[e.m][e.n]=2;
if(e.m==m&&e.n==n)
{
S.over=1;//表示存满一条路径
returnOK;
}
else{
e.n++;
e.direc=0;//来这一点时的方向,0右1下2左3上
MazePath(S,e,maze,m,n);
}
}
else
{
if(S.top!
=S.base&&S.over!
=1)
{
switch(e.direc)//回到上一位置并同时改变方向走下一步
{
case0:
e.n--;
e.m++;
e.direc=1;
break;
case1:
e.m--;
e.n--;
e.direc=2;
break;
case2:
e.n++;
e.m--;
e.direc=3;
break;
case3:
Pop(S,e);
break;
}
}
}
}while(S.top!
=S.base&&S.over!
=1);
returnOK;
}
intPrintPath(StackS,intmaze[M][N],introw,intcol)
{
if(S.top==S.base)
{
cout<<"\n===============================================\n";
cout<<"此迷宫无解\n\n";
returnERROR;
}
MazeTypee;
while(S.top!
=S.base)
{
Pop(S,e);
maze[e.m][e.n]=(e.direc+10);
}
cout<<"完成!
"<cout<<"\n===============================================\n";
cout<<"路径为:
"<inti,j;
for(i=1;i{
for(j=1;j
{
switch(maze[i][j])
{
case0:
cout<<"□";
break;
case1:
cout<<"■";
break;
case2:
cout<<"※";
break;
case10:
cout<<"→";
break;
case11:
cout<<"↓";
break;
case12:
cout<<"←";
break;
case13:
cout<<"↑";
break;
}
}
cout<}
cout<<"入口"<cout<<"完成!
"<returnOK;
}
intmain()
{
inti,m,n,maze[M][N],cycle=0;
while(cycle!
=(-1))
{
cout<<"********************************************************************************\n";
cout<<"欢迎进入迷宫求解系统\n";
cout<cout<<"设计者:
冯静懿20091120080\n";
cout<<"********************************************************************************\n";
cout<<"☆手动生成迷宫请按:
1\n";
cout<<"☆自动生成迷宫请按:
2\n";
cout<<"☆
|
|
|