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1、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 ADT Stack数
2、据对象：D=ai|ai属于CharSet，i=1、2n，n=0数据关系：R=|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sADT St
3、ack（2）设定迷宫的抽象数据类型定义ADT yanshu数据对象：D=ai,j|ai,j属于 、*、#,0=i=M,0=j=N数据关系：R=ROW,COLROW=|ai-1,j,ai,j属于D，i=1,2,M,j=0,1,NCOL=|ai,j-1,ai,j属于D,i=0,1,M，j=1,2,N基本操作：InitMaze(MazeType &maze, int aCOL, int row, int col)初始条件：二维数组int aCOL,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
4、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void main()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： typedef structint row;/迷宫中的行int col;/.的列PosType
5、;/坐标（2）迷宫类型：typedef structint m,n;int arrRANGERANGE;MazeType;/迷宫类型voidInitMaze(MazeType &maze, int aCOL, int row, int col)/设置迷宫的初值，包括边缘一圈的值Bool MazePath(MazeType &maze,PosType start, PosType end)/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falseVoid PrintMaze（MazeType maze）/将迷宫打印出来（3）栈类型：typedef s
6、tructintstep;/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typedef structSElemType *base;SElemType *top;int stacksize;SqStack;栈的基本操作设置如下：Void InitStack（SqStack & S）/初始化，设S为空栈（S.top=NUL）Void DestroyStack(Stack &S)/销毁栈S，并释放空间Void ClearStack（SqStack & S）/将栈S清空Int StackLen
7、gth（SqStack &S）/返回栈S的长度Status StackEmpty（SqStack &S）？、若S为空栈（S.top=NULL），则返回TRUE，否则返回FALSEStatue GetTop（SqStack &S，SElemType e）/r若栈S不空，则以e待会栈顶元素并返回TRUE，否则返回FALSEStatue Pop(SqStack&S，SElemType e)/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FALSEStatue Push(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T
8、RUE/否则返回FALSEVoid StackTraverse（SqStack &S，Status）（*Visit）（SElemType e）/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：Status MazePath(MazeType &maze,PosType start, PosType end) /求解迷宫maze中,从入口start到出口end的一条路径InitStack(s);PosType curpos = start;int curstep = 1;/探索第一部doif( Pass(maze,curpos) )/如果当前位置可以通过,即是未曾走到的通道块
9、FootPrint(maze,curpos);/留下足迹e = CreateSElem(curstep,curpos,1);/创建元素Push(s,e);if( PosEquare(curpos,end) )return TRUE;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
10、.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/elsewhile(!StackEmpty(s);return FALSE;/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
11、：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#include#include#include#include/ 迷宫坐标位置类型typedef struct int x;/ 行值 int y;/
12、列值 PosType;#define MAXLENGTH 25 / 设迷宫的最大行列为25 typedef int MazeTypeMAXLENGTHMAXLENGTH; / 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(03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
13、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 SqStackSElemType *base;/ 在栈构造之前和销毁之后，base的值为NULL SElemType *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)
14、;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。int StackEmpty(SqStack S)if(S.top = S.base)return 1;elsereturn 0;/插入元素e为新的栈顶元素。int Push(SqStack *S, SElemType e)if(*S).top - (*S).base = (*S).stacksize)/ 栈满，追加存储空间(*S)
15、.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;/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。int Pop(SqStack *S,SElemType *e)if(*S).top = (*S).base)re
16、turn 0;*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return 1;/ 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)，return 1; 否则，return 0。int Pass(PosType b) if(mb.xb.y=1)return 1;elsereturn 0;void FootPrint(PosType a) / 使迷宫m的a点的序号变为足迹(curstep)，表示经过ma.xa.y=curstep;/ 根据当前位置及移动方向，返回下一位置 PosType
17、 NextPos(PosType c,int di)PosType direc4=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+=direcdi.x;c.y+=direcdi.y;return c;/ 使迷宫m的b点的序号变为-1(不能通过的路径)void MarkPrint(PosType b) mb.xb.y=-1;/ 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0 int MazePath(PosType start,PosType end) SqStack S;P
18、osType curpos;SElemType e;InitStack(&S);curpos=start;doif(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.ord=curstep;e.seat.x=curpos.x;e.seat.y=curpos.y;e.di=0;Push(&S,e); / 入栈当前位置及状态 curstep+; / 足迹加1 if(curpos.x=end.x&curpos.y=end.y) / 到达终点(出口) return 1;curpos=NextPos(curpos,e.di);e
19、lse/ 当前位置不能通过 if(!StackEmpty(S)Pop(&S,&e); / 退栈到前一位置 curstep-;while(e.di=3&!StackEmpty(S) / 前一位置处于最后一个方向(北)MarkPrint(e.seat); / 留下不能通过的标记(-1) Pop(&S,&e); / 退回一步 curstep-;if(e.di3) / 没到最后一个方向(北) e.di+; / 换下一个方向探索Push(&S,e); curstep+;/ 设定当前位置是该新方向上的相邻块curpos=NextPos(e.seat,e.di);while(!StackEmpty(S);r
20、eturn 0;/ 输出迷宫的结构 void Print(int x,int y) int i,j;for(i=0;ix;i+)for(j=0;jy;j+)printf(%3d,mij);printf(n); void main()PosType begin,end;int i,j,x,y,x1,y1,n,k;dosystem(cls); /清屏函数printf(*物联网1班-15180118-刘沛航*nnn);printf( 1请输入迷宫的行数,列数n);printf( 2请输入迷宫内墙单元数n);printf( 3迷宫结构如下n);printf( 4输入迷宫的起点和终点n);printf(
21、 5输出结果n);printf( 0退出n);printf(nn请选择 ); scanf(%d,&n);switch(n)case 1: printf(请输入迷宫的行数,列数(包括外墙)：(空格隔开); scanf(%d%d, &x, &y); for(i=0;ix;i+) / 定义周边值为0(同墙) m0i=0;/ 迷宫上面行的周边即上边墙 mx-1i=0;/ 迷宫下面行的周边即下边墙 for(j=1;jy-1;j+) mj0=0;/ 迷宫左边列的周边即左边墙 mjy-1=0;/ 迷宫右边列的周边即右边墙 for(i=1;ix-1;i+)for(j=1;jy-1;j+)mij=1; / 定义
22、通道初值为1 break; case 2: printf(请输入迷宫内墙单元数：); scanf(%d,&j); printf(请依次输入迷宫内墙每个单元的行数,列数：(空格隔开)n); for(i=1;i=j;i+) scanf(%d%d,&x1,&y1);mx1y1=0; break; case 3:Print(x,y);printf(刘沛航建立的迷宫，定义墙元素值为0,可通过路径为1，输入0退出);scanf(%d,&k);break; case 4: printf(请输入起点的行数,列数：（空格隔开）); scanf(%d%d,&begin.x,&begin.y); printf(请输入终点的行数,列数：（空格隔开）); scanf(%d%d,&end.x,&end.y);break; case 5: if(MazePath(begin,end) / 求得一条通路 printf(此迷宫从入口到出口的一条路径如下，谢谢使用刘沛航的程序:n);Print(x,y); / 输出此通路 elseprintf(此迷宫没有从入口到出口的路径，谢谢使用刘沛航的程序n);printf(输入0退出);scanf(%d,&k);break;while(n!=0);