好家伙,本篇为应付老师的实验报告,有需要的拿去抄吧
思路讲解在上一篇:
一、作业目的
1、 掌握用数据结构的知识进行程序设计。
2、 应用所学的数据结构完成一个具有一定实际意义的应用程序的设计、编码、调试,锻炼实践动手能力,提高编程水平。
二、作业内容
走迷宫程序
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:
(1) 实现一个以链表做存储的栈类型, 然后编写一个求解迷宫的非递归程序。 求的通路以三元组(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, 输出一条通路:
(1, 1, 1),(1, 2, 2),
(2, 2,
2),(3, 2, 3),(3, 1, 2) ……。
(2) 编写递归形式的算法, 求得迷宫中所有可能的道路;
扩展功能要求:
以方阵形式输出迷宫及其到道路
测试数据: 迷宫的测试数据如下: 左上角(1, 1) 为入口, 右下角(8, 9) 为出口。
三、大作业设计思路与实现
(一)设计背景
迷宫是一个十分经典且有趣的游戏,借着本次大作业的机会,在锻炼自身编程水平的同时还原这一经典游戏。在未确定路径是进次尝试最终找到通路。
(二)、解决方案设计
1、系统操作需求
本程序使用windows
10 操作系统下,程序在 Devc++或Visual C++中运行的。
2、开发环境需求
硬件环境
笔记本电脑,运行时所需内存:1G
软件环境
操作系统:windows
10
3.功能介绍
(1)迷宫游戏是非常经典的游戏,在该题中设计随机生成一个迷宫和手动输入迷宫2种程序,并求解迷宫。
(2)在程序中,随机迷宫用了随机函数,对方向的随机挖去路径;手动迷宫是通过自己给出迷宫进行输入并给出所有路径。
(3)在求解这两中迷宫是个有些不同。在随机迷宫中,我们让程序自己运行,当入口给定时,会让程序自己跑动,迷宫的路径和出口是随机的,这时只有一条路径;而手动输入迷宫时,如果一个通道其四面都有通道时,这时就会形成一个回路,其基本是一样的,就是多了一个来回而已。
(4)用图形进行展示,其迷宫大小可以调试。
(5)在多条路径的情况下,程序会自动生成最短的路径
(三)、程序概要设计
1.各种功能完成的详细情况已经实现以一个 m * n 的长方阵表示迷宫, 0和1分别表示迷宫的通路和障碍。
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。
2. 实现一个以链表做存储的栈类型, 然后编写一个求解迷宫的非递归程序。
求的通路以三元组(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, 输出一条通路:
(1, 1, 1),(1, 2, 2),
(2, 2,
2),(3, 2, 3),(3, 1, 2) ……。
3. 编写递归形式的算法, 求得迷宫中所有可能的道路;
(四)、系统用例设计和流程图
系统流程图:
a) 程序详细设计:各种功能的实现方法描述、关键代码分析
问题分析:迷宫求解
这种迷宫求解的问题非常适合使用搜索来求解
此处我们使用深度优先搜索算法去求出迷宫的解,当一条支路完成时,我们将整条完整的路径输出
关键代码分析
1.栈的几种基本操作:
//栈中存位置以及遍历时所走的方向,打印时可以显示出来
typedef struct Node
int
x;
int
y;
// int dir; //-1为左上右下对应
\'\\\' 0为上下对应\'|\' 1为左右对应\'——\' 2为左下右上对应\'/\'
struct Node *next;
Node;
typedef Node* Stack; //定义数据结构栈
Stack
//-----------创建一个空栈--------------
Stack creakEmptyStack()
Stack p;
p=(Stack)malloc(sizeof(Node));
//申请一个空间
if(p)
p->next=NULL;
return p;
//------------将元素压入栈----------------
void push(int x,int y,Stack s)
Stack p;
p=(Stack)malloc(sizeof(Node));
if(p) //如果申请空间成功则用头插法将元素压入
p->x=x;
p->y=y;
if(!s->next) p->next=NULL; //如果此时栈里还没有任何元素,则p此时为第一个结点
else p->next=s->next; //否则将p插入头结点之后
s->next=p;
else
printf("No space!\\n");
//-------------检测栈是否为空--------------
int isEmpty(Stack s) //为空则返回1,不为空返回0
if(s->next==NULL) return 1;
else return 0;
//--------------将元素弹出栈----------------
void pop(Stack s)
Stack p;
p=s->next;
if(p->next)
s->next=p->next;
free(p);
else return;
//------------取栈顶元素------------------
Node top(Stack s)
Node t;
//判断是否为空,若不为空则返回
t=*(s->next);
return t;
解释:此处我们使用栈来储存我们迷宫的解,上述代码定义了一系列的
2.核心算法:
此处我们使用深度优先搜索去求出迷宫的解\\
代码如下
//-----------遍历迷宫寻找路径(dfs)------------
void mazePath(int x,int y,int endx,int endy,int
n,int m,Stack s)
int
newx,newy,i;
Node t;
for(i=0;i<4;i++)
newx=x+direction[i][0];
newy=y+direction[i][1];
if(newx>=0&&newx<n&&newy>=0&&newy<m&&maze[newx][newy]==0) //下一个路能走
push(newx,newy,s);
maze[newx][newy]=2;
if(newx==endx&&newy==endy)//走到出口
flag++;
printPath(s,n,m);
maze[newx][newy]=0;
pop(s);
else
mazePath(newx,newy,endx,endy,n,m,s);
//开始递归
//
else if(!isEmpty(s)) pop(s);
maze[x][y]=0; //遍历完四个方向之后回溯前将自己赋为空
pop(s);
解释如下:
在该方法中,xy代表的是当前坐标的xy轴,newx,newy代表的是下一坐标点的xy轴坐标,
随后我们对坐标进行判断,
2.1.若下一坐标点为1,则进行下一个方向的寻找
2.2.若下一个坐标为0且不越界
则将下一坐标推入栈,并将该点标记为已走(即标记为2)
再次进行判断
2.2.1. 如果下一坐标为出口
打印整个路径
2.2.2.下一坐标不为出口
递归
流程图如下:
3.打印迷宫路径
//-------------打印迷宫路径-----------------
void printPath(Stack s,int n,int m)
int
cont =0; //计算路径长度
s=s->next;
int
i=0,j=0;
printf("第%d条路径为:\\n",flag);
for(i=0;i<n;i++) //按图形输出
for(j=0;j<m;j++)
if(maze[i][j]==2) printf("*
");
else printf("%d
",maze[i][j]);
printf("\\n");
while(s->next) //将栈中的元素输出为直观路径
printf("(%d,%d)->",s->x+1,s->y+1);
s=s->next;
cont++;
printf("(%d,%d)",s->x+1,s->y+1);
cont++;
if(cont<MIN) MIN=cont;
printf("\\n");
printf("路径长度为:%d\\n\\n",cont);
解释:将栈中的路径输出
b) 使用情况:展示各种功能的运行情况
样例一:手动输入迷宫正常使用程序:
首先输入迷宫的行数和列数
随后输入迷宫的各行各列
其中0代表路,1代表墙
随后程序会显示迷宫的大致样式
并给出迷宫道路的解
输入样例:
3 3
1
0 0 0
1 0 0
1 1 0
1 1 3
3
输出:
生成的迷宫如下:
0 0 0
1 0 0
1 1 0
请输入起点及终点:
第1条路径为:
* * *
1 0 *
1 1 *
(3,3)->(2,3)->(1,3)->(1,2)
路径长度为:4
第2条路径为:
* * 0
1 * *
1 1 *
(3,3)->(2,3)->(2,2)->(1,2)
路径长度为:4
样例二:随机生成迷宫
输入:
2 2
0
2 1 2
2
输出:
第1条路径为:
1 1
* *
(2,2)
路径长度为:1
最短路径长度为:1
c)
总结:分析程序的优点和不足、开发时遇到的困难及解决的问题、总结。
开发时遇到的问题:算法不会用,栈的操作总是出错,随后去找百度搜索,翻书,找到解决问题的方法
作为一名初学者,我对深度优先搜索算法的使用进行了研究,并通过实践掌握了它的一些使用心得。深度优先搜索算法可以解决很多问题,如最短路径、迷宫问题、图着色问题等,因此学会使用深度优先搜索算法是非常有益的。
首先,我认为理解深度优先搜索算法的核心思想是非常重要的。深
在使用广度优先算法解决问题时,我发现栈的使用非常重要。
最后,我深刻认识到广度优先搜索算法的局限性。尽管广度优先搜索算法可以解决很多问题,但有些问题并不适用于该算法。例如,当搜索的节点数量非常大时,算法的时间和空间复杂度会变得非常高。因此,在使用广度优先搜索算法解决问题时,需要注意算法的局限性,并选择最适合当前问题的算法。
总之,通过对广度优先搜索算法的研究和实践,我认为理解其核心思想、正确选择数据结构、考虑时间和空间限制、深入了解其局限性等方面都是非常重要的。广度优先算法可以解决很多问题,但在实践过程中可能会遇到各种问题。如果我们能够在使用广度优先搜索算法时思考这些问题,并做出正确的决策,那么我们就能够更好地应用广度优先搜索算法,解决更多更复杂的问题。
关于本次的迷宫问题,我认为深度优先搜索是非常好的算法
d)
参考文献。
[1]严蔚敏.数据结构C语言版[M].清华大学出版社,2007.
[2] 啊哈磊, 《啊哈!算法》, 人民邮电出版社,2014
[3]百度百科
https://baike.baidu.com/
[4] 栈——栈的定义及基本操作(初始化、判空、进栈、出栈、遍历栈、销毁栈等)-CSDN博客,https://blog.csdn.net/weixin_44162361/article/details/115868909
[5]BFS(广度优先搜索):层序遍历和最短路径 - 灿影之晶 - 博客园 (cnblogs.com),https://www.cnblogs.com/sbb-first-blog/p/13259728.html
[6] 深度优先搜索(DFS)算法详解
(biancheng.net), http://data.biancheng.net/view/325.html
一、作业目的
1、掌握用数据结构的知识进行程序设计。
2、应用所学的数据结构完成一个具有一定实际意义的应用程序的设计、编码、调试,锻炼实践动手能力,提高编程水平。
二、作业内容
走迷宫程序
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:
(1) 实现一个以链表做存储的栈类型, 然后编写一个求解迷宫的非递归程序。
求的通路以三元组(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, 输出一条通路:
(1, 1, 1),(1, 2, 2),
(2, 2,
2),(3, 2, 3),(3, 1, 2) ……。
(2) 编写递归形式的算法, 求得迷宫中所有可能的道路;
扩展功能要求:
以方阵形式输出迷宫及其到道路
测试数据:迷宫的测试数据如下:左上角(1, 1)为入口,右下角(8, 9)为出口。
三、大作业设计思路与实现
(一)设计背景
迷宫是一个十分经典且有趣的游戏,借着本次大作业的机会,在锻炼自身编程水平的同时还原这一经典游戏。在未确定路径是进次尝试最终找到通路。
(二)、解决方案设计
1、系统操作需求
本程序使用windows
10 操作系统下,程序在 Devc++或Visual C++中运行的。
2、开发环境需求
硬件环境
笔记本电脑,运行时所需内存:1G
软件环境
操作系统:windows
10
3.功能介绍
(1)迷宫游戏是非常经典的游戏,在该题中设计随机生成一个迷宫和手动输入迷宫2种程序,并求解迷宫。
(2)在程序中,随机迷宫用了随机函数,对方向的随机挖去路径;手动迷宫是通过自己给出迷宫进行输入并给出所有路径。
(3)在求解这两中迷宫是个有些不同。在随机迷宫中,我们让程序自己运行,当入口给定时,会让程序自己跑动,迷宫的路径和出口是随机的,这时只有一条路径;而手动输入迷宫时,如果一个通道其四面都有通道时,这时就会形成一个回路,其基本是一样的,就是多了一个来回而已。
(4)用图形进行展示,其迷宫大小可以调试。
(5)在多条路径的情况下,程序会自动生成最短的路径
(三)、程序概要设计
1.各种功能完成的详细情况已经实现以一个 m * n 的长方阵表示迷宫, 0和1分别表示迷宫的通路和障碍。
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。
2.实现一个以链表做存储的栈类型, 然后编写一个求解迷宫的非递归程序。
求的通路以三元组(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, 输出一条通路:
(1, 1, 1),(1, 2, 2),
(2, 2,
2),(3, 2, 3),(3, 1, 2) ……。
3.编写递归形式的算法, 求得迷宫中所有可能的道路;
(四)、系统用例设计和流程图
系统流程图:
a) 程序详细设计:各种功能的实现方法描述、关键代码分析
问题分析:迷宫求解
这种迷宫求解的问题非常适合使用搜索来求解
此处我们使用深度优先搜索算法去求出迷宫的解,当一条支路完成时,我们将整条完整的路径输出
关键代码分析
1.栈的几种基本操作:
//栈中存位置以及遍历时所走的方向,打印时可以显示出来
typedef struct Node
int
x;
int
y;
// int dir; //-1为左上右下对应
\'\\\' 0为上下对应\'|\' 1为左右对应\'——\' 2为左下右上对应\'/\'
struct Node *next;
Node;
typedef Node* Stack; //定义数据结构栈
Stack
//-----------创建一个空栈--------------
Stack creakEmptyStack()
Stack p;
p=(Stack)malloc(sizeof(Node));
//申请一个空间
if(p)
p->next=NULL;
return p;
//------------将元素压入栈----------------
void push(int x,int y,Stack s)
Stack p;
p=(Stack)malloc(sizeof(Node));
if(p) //如果申请空间成功则用头插法将元素压入
p->x=x;
p->y=y;
if(!s->next) p->next=NULL; //如果此时栈里还没有任何元素,则p此时为第一个结点
else p->next=s->next; //否则将p插入头结点之后
s->next=p;
else
printf("No space!\\n");
//-------------检测栈是否为空--------------
int isEmpty(Stack s) //为空则返回1,不为空返回0
if(s->next==NULL) return 1;
else return 0;
//--------------将元素弹出栈----------------
void pop(Stack s)
Stack p;
p=s->next;
if(p->next)
s->next=p->next;
free(p);
else return;
//------------取栈顶元素------------------
Node top(Stack s)
Node t;
//判断是否为空,若不为空则返回
t=*(s->next);
return t;
解释:此处我们使用栈来储存我们迷宫的解,上述代码定义了一系列的
2.核心算法:
此处我们使用深度优先搜索去求出迷宫的解\\
代码如下
//-----------遍历迷宫寻找路径(dfs)------------
void mazePath(int x,int y,int endx,int endy,int
n,int m,Stack s)
int
newx,newy,i;
Node t;
for(i=0;i<4;i++)
newx=x+direction[i][0];
newy=y+direction[i][1];
if(newx>=0&&newx<n&&newy>=0&&newy<m&&maze[newx][newy]==0) //下一个路能走
push(newx,newy,s);
maze[newx][newy]=2;
if(newx==endx&&newy==endy)//走到出口
flag++;
printPath(s,n,m);
maze[newx][newy]=0;
pop(s);
else
mazePath(newx,newy,endx,endy,n,m,s);
//开始递归
//
else if(!isEmpty(s)) pop(s);
maze[x][y]=0; //遍历完四个方向之后回溯前将自己赋为空
pop(s);
解释如下:
在该方法中,xy代表的是当前坐标的xy轴,newx,newy代表的是下一坐标点的xy轴坐标,
随后我们对坐标进行判断,
2.1.若下一坐标点为1,则进行下一个方向的寻找
2.2.若下一个坐标为0且不越界
则将下一坐标推入栈,并将该点标记为已走(即标记为2)
再次进行判断
2.2.1. 如果下一坐标为出口
打印整个路径
2.2.2.下一坐标不为出口
递归
流程图如下:
3.打印迷宫路径
//-------------打印迷宫路径-----------------
void printPath(Stack s,int n,int m)
int
cont =0; //计算路径长度
s=s->next;
int
i=0,j=0;
printf("第%d条路径为:\\n",flag);
for(i=0;i<n;i++) //按图形输出
for(j=0;j<m;j++)
if(maze[i][j]==2) printf("*
");
else printf("%d
",maze[i][j]);
printf("\\n");
while(s->next) //将栈中的元素输出为直观路径
printf("(%d,%d)->",s->x+1,s->y+1);
s=s->next;
cont++;
printf("(%d,%d)",s->x+1,s->y+1);
cont++;
if(cont<MIN) MIN=cont;
printf("\\n");
printf("路径长度为:%d\\n\\n",cont);
解释:将栈中的路径输出
b) 使用情况:展示各种功能的运行情况
样例一:手动输入迷宫正常使用程序:
首先输入迷宫的行数和列数
随后输入迷宫的各行各列
其中0代表路,1代表墙
随后程序会显示迷宫的大致样式
并给出迷宫道路的解
输入样例:
3 3
1
0 0 0
1 0 0
1 1 0
1 1 3
3
输出:
生成的迷宫如下:
0 0 0
1 0 0
1 1 0
请输入起点及终点:
第1条路径为:
* * *
1 0 *
1 1 *
(3,3)->(2,3)->(1,3)->(1,2)
路径长度为:4
第2条路径为:
* * 0
1 * *
1 1 *
(3,3)->(2,3)->(2,2)->(1,2)
路径长度为:4
样例二:随机生成迷宫
输入:
2 2
0
2 1 2
2
输出:
第1条路径为:
1 1
* *
(2,2)
路径长度为:1
最短路径长度为:1
c)
总结:分析程序的优点和不足、开发时遇到的困难及解决的问题、总结。
开发时遇到的问题:算法不会用,栈的操作总是出错,随后去找百度搜索,翻书,找到解决问题的方法
作为一名初学者,我对深度优先搜索算法的使用进行了研究,并通过实践掌握了它的一些使用心得。深度优先搜索算法可以解决很多问题,如最短路径、迷宫问题、图着色问题等,因此学会使用深度优先搜索算法是非常有益的。
首先,我认为理解深度优先搜索算法的核心思想是非常重要的。深
在使用广度优先算法解决问题时,我发现栈的使用非常重要。
最后,我深刻认识到广度优先搜索算法的局限性。尽管广度优先搜索算法可以解决很多问题,但有些问题并不适用于该算法。例如,当搜索的节点数量非常大时,算法的时间和空间复杂度会变得非常高。因此,在使用广度优先搜索算法解决问题时,需要注意算法的局限性,并选择最适合当前问题的算法。
总之,通过对广度优先搜索算法的研究和实践,我认为理解其核心思想、正确选择数据结构、考虑时间和空间限制、深入了解其局限性等方面都是非常重要的。广度优先算法可以解决很多问题,但在实践过程中可能会遇到各种问题。如果我们能够在使用广度优先搜索算法时思考这些问题,并做出正确的决策,那么我们就能够更好地应用广度优先搜索算法,解决更多更复杂的问题。
关于本次的迷宫问题,我认为深度优先搜索是非常好的算法
d)
参考文献。
[1]严蔚敏.数据结构C语言版[M].清华大学出版社,2007.
[2] 啊哈磊,《啊哈!算法》, 人民邮电出版社,2014
[3]百度百科
https://baike.baidu.com/
[4] 栈——栈的定义及基本操作(初始化、判空、进栈、出栈、遍历栈、销毁栈等)-CSDN博客,https://blog.csdn.net/weixin_44162361/article/details/115868909
[5]BFS(广度优先搜索):层序遍历和最短路径 - 灿影之晶 - 博客园 (cnblogs.com),https://www.cnblogs.com/sbb-first-blog/p/13259728.html
[6] 深度优先搜索(DFS)算法详解
(biancheng.net),http://data.biancheng.net/view/325.html