迷宮問題課程設(shè)計報告

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文檔簡介

1、　　計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院　　課程設(shè) 計報告 　?。?2007 ~ 2008 學(xué)年度第 1學(xué)期）　　1.實驗?zāi)康募耙?lt;/b>　　1）、設(shè)計目標(biāo)（問題描述）&

2、lt;b>　　迷宮問題　　問題描述：迷宮實驗是取自心理學(xué)的一個古典實驗。在該實驗中，把一只老鼠從一個無頂大盒子的門放入，在盒中設(shè)置了許多墻，對行進方向形成了多處阻擋。盒子僅有一個出口，在出口處放置一塊奶酪，吸引老鼠在迷宮中尋找道路以到達出口。對同一只老鼠重復(fù)進行上述實驗，一直到老鼠從入口到出口，而不走錯一步。老鼠經(jīng)多次試驗終于得到它學(xué)習(xí)走迷宮的路線。

3、　　2）、功能設(shè)計要求　　編寫一個程序求解迷宮問題。迷宮由m行n列的二維數(shù)組設(shè)置，0表示無障礙，1表示有障礙。設(shè)入口為（1，1），出口為（m，n），每次只能從一個無障礙單元移到周圍四個方向上任一無障礙單元。編程實現(xiàn)對任意設(shè)定的迷宮，求出一條從入口到出口的通路，或得出沒有通路的結(jié)論。　　算法輸入：

4、代表迷宮入口的坐標(biāo)　　算法輸出：穿過迷宮的結(jié)果。　　算法要點：創(chuàng)建迷宮，試探法查找路徑，輸出解　　3）、實驗?zāi)康?1、加深對棧特性理解，以便在解決實際問題中靈活運用它們 2、加深對棧操作實際算法的理解 3、進一步熟悉掌握鏈表的操作； 4、掌握指針的應(yīng)用 5、更進一步掌握有關(guān)

5、類的操作 　　4）、需求分析 1、本程序?qū)崿F(xiàn)迷宮的探索過程. 以用戶和計算機對話的方式，即在計算機終端上顯示“提示信息”之后，由用戶在鍵盤上輸入演示程序中規(guī)定的運算命令，然后

6、程序就探索路徑并輸出路徑。 2、本演示程序中，輸入形式以“回車符”為結(jié)束標(biāo)志，且允許出現(xiàn)重復(fù)字符。 3、利用二維指針實現(xiàn)迷宮位置的存儲，并用棧存貯探索路徑，每個結(jié)點含三個整形變量。輸入的形式以回車結(jié)束。 4、本程序中，用戶可以讀去文件里的迷宮，也可自己重新輸入迷宮，而且用戶可以輸入任意大小的迷宮，然后程序自動探索路徑，并輸出迷宮的路徑 　　5）、創(chuàng)新（見源程序附錄）

7、　　6）、軟件、硬件環(huán)境　　軟件環(huán)境：Microsoft Windows Xp Processional2002 Service　　Microsoft Visual C++6.0 　　硬件環(huán)境：cpu：AMD Athlon（tm）64x Dual

8、　　Processor 3800+2.01GHz Main memory:960MB　　2.實驗步驟　　a.認(rèn)真閱讀課本的相關(guān)知識章節(jié)。　　b.認(rèn)真分析課題的需求分析和功能分析。　　c.根據(jù)分析的思路寫出偽代碼。&

9、lt;/p>　　d.根據(jù)偽代碼上機編寫程序，進行初步調(diào)試。　　e.逐步增加完善系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)人工智能化。　　f.記錄上機運行時遇到的錯誤，進行認(rèn)真分析。　　g.最后認(rèn)真撰寫實驗報告，寫出實驗心得總結(jié)。　　3. 實驗內(nèi)容<

10、;/b>　　1）、設(shè)計概述　　(a) 開發(fā)平臺：VC6.0　　(b) 參考書籍：　　1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)C++描述熊岳山陳懷義編著國防科技大學(xué)出版社<p&g

11、t;　　2、《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》黃定黃煜廉編著廣東科技出版社 2000年1月第1版　　3、《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)輔導(dǎo)與提高》徐孝凱編著清華大學(xué)出版社 2003年12月第1版　　(c) 開發(fā)周期： 10天（構(gòu)思3天、雛形3天、修改2天、再修改1天、完善1天）<

12、p>　　2）、處理流程　　(a)畫出功能結(jié)構(gòu)圖　　(b)畫出主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類圖　　(c)主要函數(shù)的程序流程圖　　1.　　main函數(shù)流程圖：<

13、/p>　　2.探索路徑函數(shù)findpath（）　　3.自行輸入迷宮函數(shù)writefile（）　　(d)寫出數(shù)據(jù)測試表（輸入數(shù)據(jù)/預(yù)期結(jié)果）　　測試一：從文件中讀取迷宮： 001000100　　001000101</b&g

14、t;　　000011000　　011100100　　000100001　　010001010&l

15、t;p>　　011110011　　110001011　　110000000　　輸出：　　探索路徑：（1，1，向下

16、） 　　（2，1，向下）　?。?，1，向下）　　（4，1，向下）　?。?，1，向右）<p&

17、gt;　　（5，2，向右）　?。?，3，向下）　　（6，3，向右）　?。?，4，向右）　?。?，5，向

18、上）　?。?，5，向右）　?。?，6，向右）　?。?，7，向下）　　（6，7，向下）</p&g

19、t;　　（7，7，向下）　　（8，7，向下）　　（9，7，向右）　?。?，8，向右）<b&g

20、t;　?。?，9）　　測試二：　　自己輸入迷宮：　　001　　000<

21、p>　　100　　輸出探索路徑：　?。?，1，向下）　?。?，1，向右）　?。?，2，向下）&l

22、t;/b>　?。?，2，向右）　?。?，3）　　測試三：　　自己輸入迷宮：

23、;　　111　　111　　000　　輸出探索路徑：　　Sorry！找不到路徑！

24、　　4.實驗結(jié)果　　結(jié)果為以下三種情形之一：　　1）編譯不通過：給出編譯錯。　　Compiling...　　stack.cpp　　Skipping...

25、(no relevant changes detected)　　main.cpp　　Linking...　　stack.obj : error LNK2005: "public: __thiscall stack::stack(void)" (??0sta

26、ck@@QAE@XZ) already defined in main.obj　　stack.obj : error LNK2005: "public: __thiscall stack::~stack(void)" (??1stack@@QAE@XZ) already defined in main.obj　　stack.obj :

27、 error LNK2005: "public: void __thiscall stack::Push(struct DataType)" (?Push@stack@@QAEXUDataType@@@Z) already defined in main.obj　　stack.obj : error LNK2005: "public: struct DataType

28、 __thiscall stack::Pop(void)" (?Pop@stack@@QAE?AUDataType@@XZ) already defined in main.obj　　stack.obj : error LNK2005: "public: struct DataType __thiscall stack::GetPop(void)" (?GetPop

29、@stack@@QAE?AUDataType@@XZ) already defined in main.obj　　stack.obj : error LNK2005: "public: void __thiscall stack::Clear(void)" (?Clear@stack@@QAEXXZ) already defined in main.obj

30、　　stack.obj : error LNK2005: "public: bool __thiscall stack::IsEmpty(void)" (?IsEmpty@stack@@QAE_NXZ) already defined in main.obj　　Debug/迷宮問題.exe : fatal error LNK1169: one or mo

31、re multiply defined symbols found　　執(zhí)行 link.exe 時出錯.　　迷宮問題.exe - 1 error(s), 0 warning(s)　　改正：　　在main。cpp中原來包含的是stack.

32、cpp把它改為包含stack.h即可　　錯誤二：　　用string直接定義字符串str時，說沒有定義str　　原因：#include<string>　　using namespace std ;沒有用標(biāo)準(zhǔn)空間</p&

33、gt;　　錯誤三：　　拼寫錯誤　　正確結(jié)果輸出：　　接上面：　　接上面：<

34、/b>　　5. 實驗總結(jié)分析　　1)、時間和空間分析　　該算法的運行時間和使用系統(tǒng)棧所占有的存儲空間與迷宮的大小成正比，迷宮長為m，寬為n，在最好情況下的時間和空間復(fù)雜度均為O（m+n），在最差情況下均為O（m*n），平均情況在它們之間<

35、p>　　2)、程序的優(yōu)點　　進入演示程序后即顯示文本方式的用戶界面　　本程序模塊劃分比較合理，且利用指針存儲迷宮，操作方便。　　能按照玩游戲人的意愿任意輸入迷宮大小，并且可以保存新輸入的迷宮，方便退出游戲后仍可打開自己定義文件查看迷宮。<p

36、>　　3)、遇到的問題及如何解決　　a.如何知道哪一點被探索過且路徑不通？　　答：maze【i】【j】本來時表示通與不通，那么可以當(dāng)探索該點之后，將其值賦為-1,就可以知道此點已經(jīng)被訪問過　　b.如何正確的使用文件讀入迷宮？　　答：查看大一學(xué)的C++課本，仔細(xì)閱讀文

37、件那一章。　　c.我想讓用戶在每次玩游戲之后都能查看輸入的迷宮，我想的是運行程序時隨意新建文本文檔，開始是直接輸入一個.txt結(jié)尾的字符串，但編譯好多錯誤,我猜應(yīng)該是要調(diào)用相關(guān)函數(shù)，但具體是那一個不清楚。 　　答：去圖書館借閱相關(guān)資料，要調(diào)用相應(yīng)的庫函數(shù)。　　4)、存在的缺陷、改進設(shè)想&l

38、t;p>　　每當(dāng)自行輸入迷宮后，生成相應(yīng)的文件保存，但是我在想：一旦玩游戲的人多了，玩的次數(shù)多了，那么生成的保存迷宮文件就會很多，會給人工智能化系統(tǒng)造成文件冗余。我設(shè)想：能不能在一段時間之后系統(tǒng)自動調(diào)用函數(shù)來清除冗余文件。　　5)、自我評價、經(jīng)驗體會等　　通過這次課程設(shè)計，體會如下：１、進一步熟悉掌握了有關(guān)棧的基本操作；２、對迷宮有了更多的認(rèn)識

39、3、更進一步掌握有關(guān)類的操作4、由于對棧的算法推敲不足，使程序調(diào)試時費時不少　　總之：我認(rèn)為這次課程設(shè)計做的很好。課程設(shè)計的成功使我相信一句話：有付出就會有收獲，要相信自己。　　6. 附錄（源程序清單，要求含有至少30%的源碼附有注釋）　　迷宮程序代碼（本程序有個創(chuàng)新點）<p&g

40、t;　　/////////////////////////////////////////////////////////////////////　　/*　　Name: stack.h 　　Author: 羅丹 　　Descri

41、ption: 用于記錄探索路徑的棧類頭文件 　　*/　　#include<iostream>　　#include"fstream"　　using namespace std;

42、　　class DataType //定義描述迷宮中當(dāng)前位置的類型　　{public:　　int x; //x代表當(dāng)前位置的行坐標(biāo)　　int y; //y代表當(dāng)前位置的列坐標(biāo)&

43、lt;/p>　　int pre; //pre表示移動到下一步的方向　　}; 　　class Move //定義下一個位置的方向　　{ public:&l

44、t;p>　　int x; 　　int y;　　};　　class Node //鏈表結(jié)點　　{publi

45、c:　　DataType data;　　Node *next;　　};　　//下面定義棧　　class stack

46、　　{private:　　Node *top; //指向第一個結(jié)點的棧頂指針　　public:　　stack(); //構(gòu)造函數(shù)，置空棧

47、　　~stack(); //析構(gòu)函數(shù)　　void Push(DataType data);//把元素data壓入棧中　　DataType Pop(); //使棧頂元素出棧　　DataType GetPop(); //取出棧頂元素&l

48、t;/p>　　void Clear(); //把棧清空　　bool IsEmpty(); //判斷棧是否為空，如果為空則返回1，否則返回0　　};　　/////////////////////////////

49、////////////////////////////////////////　　/*　　Name: stack.cpp 　　Author: 羅丹 　　Description: 用于記錄探索路徑的棧類實現(xiàn)文件 </p&

50、gt;　　*/　　#include"stack.h"　　stack::stack() //構(gòu)造函數(shù)，置空棧　　{top=NULL;}　　stack::

51、~stack() //析構(gòu)函數(shù)　　{}　　void stack::Push(DataType x) //進棧　　{Node *TempNode;　　TempNode=new Nod

52、e;　　TempNode->data=x;　　TempNode->next=top;　　top=TempNode;}　　DataType stack::Pop() //棧頂元素出棧<b

53、>　　{　　DataType Temp;　　Node *TempNode=NULL;　　TempNode=top;　　top=top->next;　　Temp=TempNode->data;&

54、lt;/p>　　delete TempNode;　　return Temp;　　}　　DataType stack::GetPop() //取出棧頂元素　　{return top-&

55、gt;data;}　　void stack::Clear() //把棧清空　　{top=NULL;}　　bool stack::IsEmpty() //判斷棧是否為空，如果為空則返回1，否則返回0　　{if(t

56、op==NULL) return true;　　else return false;}　　/////////////////////////////////////////////////////////////////////　　/*

57、;　　Name: main.cpp 　　Author: 羅丹 　　Description: 主函數(shù)文件 　　*/　　#include"stack.h"　　#inc

58、lude<iostream>　　#include<string>　　#include<fstream>　　using namespace std ;　　/*

59、　　Description: 外部函數(shù)的聲明部分　　*/　　bool findpath(int **maze,int m,int n); //尋找迷宮路徑 　　void PrintPath(stack p);

60、 //輸出路徑　　void Restore(int **maze,int m,int n); //恢復(fù)迷宮　　Move move[4]={{0,1},{1,0},{0,-1},{-1,0}}; //定義當(dāng)前位置移動的4個方向(上，右，下，左)<p&g

61、t;　　int** readFile (int &m,int &n);　　int** writeFile(int &m,int &n);　　/*　　Description: main.cpp<b

62、>　　*/　　void main()　　{ 　　cout<<endl;//　　cout<<"◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆"<&

63、lt;endl;　　cout<<" 2007-2008年度第一學(xué)期數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程之課程設(shè)計 "<<endl;　　cout<<endl;　　cout<<"

64、 ——迷宮問題 "<<endl; 　　cout<<" 開發(fā)員 : 羅丹"<<endl;　　cout<<" 專業(yè)班級: 計算機061班"<<endl;

65、　　cout<<"◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆"<<endl;　　cout<<" 歡迎進入迷宮游戲 "<<endl;　　int m=0,n=0;

66、　　int **maze; 　　char ch;　　int flag=0,flag1=0; 　　while(flag1==0)　　{

67、　　while(flag==0)//標(biāo)志是否重新選擇　　{cout<<endl;　　cout<<" ★請從以下選項中選擇獲取迷宮的方法！"<<endl;　　cout<<" <a>從文件中讀取"<

68、;<endl;　　cout<<" 直接自行輸入"<<endl;　　cout<<" ★請選擇:";　　cin>>ch;<

69、p>　　if(ch=='a'){maze=readFile(m,n);flag=1;}　　else if(ch=='b'){maze=writeFile(m,n);flag=1;}　　else 　　cout<<"

70、★ Sorry!您輸入的選擇代碼不在范圍內(nèi)!請從新選擇"<<endl;　　}　　if(findpath(maze,m,n)) 　　cout<<" ★ Congratulations! 迷宮路徑探索成功!"<<

71、;endl; //得到路徑　　else 　　cout<<" ★Sorry! 路徑不存在★"<<endl;　　cout<<endl;　　cout<<" ★

72、繼續(xù)玩嗎？(y/n)"; 　　char c;　　cin>>c;　　if(c==n) flag1=1;　　else flag=0;

73、　　}　　cout<<"◆◆◆◆◆◆◆ 謝謝,您已經(jīng)退出迷宮系統(tǒng) ◆◆◆◆◆◆◆"<<endl;　　cout<<"◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆"<<endl;&

74、lt;b>　　}　　/*　　Description: 獲取迷宮函數(shù)　　*/　　int** readFile (int &m,int &n)

75、 //讀出文件　　{int **maze; 　　int i=0,j=0;　　cout<<" ★您選擇的是直接從文件中讀取迷宮!"<<endl;　　cout<<en

76、dl;　　cout<<" 文件中的迷宮如下： "<<endl;　　char ch; //定義一個字符，讀取文件中的內(nèi)容　　ifstream open("maze.txt");

77、 //定義一個文件對象，并打開文件"maze.txt"　　//讀取內(nèi)容記錄行數(shù)和列數(shù) （創(chuàng)新點一：從文件中直接讀取迷宮）　　while(open.get(ch)) //從讀取文件中內(nèi)容（一旦個字符形式）　　{if(ch=='0'

78、;||ch=='1') 　　{j++; } //是‘0’或‘1’字符寬就加1　　if(ch=='\n') 　　{　　i++

79、; //如果是換行符，就行加1　　n=j; //得列數(shù)　　j=0; 　　}</b

80、>　　}　　open.close(); //讀取文件結(jié)束　　m=i; 　　maze=new int *[m+2];

81、 //申請長度等于行數(shù)加2的二維指針(為后面的回復(fù)迷宮打下基礎(chǔ))　　for(i= 0;i<m+2;i++) //申請空間　　{maze[i]=new int[n+2];}　　i=j=1;</

82、b>　　ifstream open1("maze.txt"); //重新讀取文件，以得到內(nèi)容　　while(open1.get(ch))　　{　　if(ch==

83、9;1'||ch=='0')　　{maze[i][j]=ch-'0'; //把數(shù)字字符轉(zhuǎn)化為數(shù)字，并存到指針里　　cout<<maze[i][j]<<" "; //在屏

84、幕中顯示迷宮　　j++;}　　if(ch=='\n') //遇到換行，指針也相應(yīng)換行　　{cout<<endl;　　i

85、++;　　j=1;}　　}　　open1.close(); //讀取結(jié)束　　return maze; <

86、/p>　　}　　int** writeFile (int &m,int &n) //將自定義迷宮寫入文件　　{int a,b; 　　int i,j;<

87、;/p>　　int**maze;　　cout<<" ★您選擇的是自行輸入迷宮!"<<endl;　　cout<<" 請輸入迷宮的長:";cin>>b; //輸入迷宮的長和寬　　cout

88、<<" 請輸入迷宮的寬:";cin>>a; 　　cout<<" ★請輸入迷宮內(nèi)容(0代表可通，1代表不通):\n";　　m=a;　　n=b;

89、 //m,n分別代表迷宮的行數(shù)和列數(shù)　　maze=new int *[m+2]; 　　for(i= 0;i<m+2;i++) 　　{maze[i]=new int[n+2];} //創(chuàng)新點二：:隨意申請空間　　for

90、(i=1;i<=m;i++) //輸入迷宮的內(nèi)容，0代表可通，1代表不通　　for(j=1;j<=n;j++)　　cin>>maze[i][j];　　cout<<" ★是否保存新迷宮？(y/n): ";</p&g

91、t;　　char choose;　　cin>>choose;　　if(choose=='Y'||choose=='y')　　{char ch;　　string str;

92、　　cout<<" ★請輸入保存迷宮的文件名(以.txt結(jié)束):";　　cin>>str; 　　ofstream open(str.c_str()); //創(chuàng)新點三：按玩游戲人的意愿創(chuàng)建存儲迷宮的文件，也可不建立。<

93、p>　　for(i=1;i<=m;i++)　　{for(j=1;j<=n;j++)　　{ch='0'+maze[i][j];　　open<<ch;}　　open<<endl;

94、;　　flush(cout);}　　open.close();}　　for(i=0;i<m+2;i++) 　　maze[i][0]=maze[i][n+1]=1;　　for(i=0;i<n+2;i++)<

95、p>　　maze[0][i]=maze[m+1][i]=1;　　return maze;　　} 　　/*　　Description: 探索路徑函數(shù)

96、　　*/　　bool findpath(int **maze,int m,int n)　　{stack q,p; //創(chuàng)新點四：用棧p、q,分別存探索迷宮的過程和存儲路徑　　DataType Temp1,Temp2;

97、　　int x,y,loop;　　Temp1.x=1;　　Temp1.y=1;　　q.Push(Temp1); //將入口位置入棧　　p.Push(Temp1);

98、　　maze[1][1]=-1; //創(chuàng)新點五：標(biāo)志入口位置已到達過　　while(!q.IsEmpty()) //棧q非空，則反復(fù)探索　　{Temp2=q.GetPop();

99、;　　if(!(p.GetPop().x==q.GetPop().x&&p.GetPop().y==q.GetPop().y)) 　　p.Push(Temp2); 　　//如果有新位置入棧，則把上一個探索的位置存入棧p　　for(loop=0;loop<

100、4;loop++) //探索當(dāng)前位置的4個相鄰位置　　{x=Temp2.x+move[loop].x; 　　y=Temp2.y+move[loop].y; 　　if(maze[x][y]==0) //判

101、斷新位置是否可達　　{Temp1.x=x;　　Temp1.y=y;　　maze[x][y]=-1; //標(biāo)志新位置已到達過　　q.Push(Temp1); }

102、//新位置入棧　　if((x==(m))&&(y==(n))) //成功到達出口　　{Temp1.x=m;　　Temp1.y=n;　　Temp1.pre=0;　　p.Pu

103、sh(Temp1); //把最后一個位置入棧　　PrintPath(p); 　　Restore(maze,m,n); //恢復(fù)路徑（因為迷宮里面的內(nèi)容已被改變　　return 1; }}

104、 //表示成功找到路徑 　　if(p.GetPop().x==q.GetPop().x&&p.GetPop().y==q.GetPop().y)//如果沒有新位置入棧，則返回到上一個位置 　　{p.Pop();

105、　　q.Pop();}}　　return 0; //表示查找失敗，即迷宮無路經(jīng)　　}　　/*　　Descr

106、iption: 輸出路徑函數(shù)　　*/　　void PrintPath(stack p) //輸出路徑　　{cout<<endl;　　cout<<" ★

107、★迷宮的路徑為"<<endl;　　cout<<" 說明:括號內(nèi)的內(nèi)容分別表示為(行坐標(biāo),列坐標(biāo),方向)\n";　　stack t; //定義一個棧，按從入口到出口存取路徑　　int ro

108、w,column;　　DataType data;　　Node *temp;　　temp=new Node; //申請空間　　temp->data=p.Pop(); &

109、lt;p>　　t.Push(temp->data); //第一個位置入棧　　delete temp; 　　while(!p.IsEmpty()) //棧p非空，則轉(zhuǎn)移　　{temp=ne

110、w Node;　　temp->data=p.Pop(); //獲取下一個位置　　//得到行走方向　　row=t.GetPop().x-temp->data.x; //行坐標(biāo)方向</p

111、>　　column=t.GetPop().y-temp->data.y; //列坐標(biāo)方向　　if(row==1) temp->data.pre=1; //向下，用1表示　　else if(column==1) temp->data.pre=2;

112、//向右，用2表示　　else if(row==-1) temp->data.pre=3; //向上，用3表示　　else if(column==-1) temp->data.pre=4; //向左，用4表示　　t.Push(temp->data);

113、 //把新位置入棧　　delete temp;　　}　　while(!t.IsEmpty()) //棧非空，繼續(xù)輸出　　{data=t.Pop();&l

114、t;/p>　　cout<<" "<<'('<<data.x<<','<<data.y<<","; 　　switch(data.pre) //輸出相應(yīng)的方向

115、 　　{case 0:cout<<")\n";break;　　case 1:cout<<"向下)\n";break;　　case 2:cout<<"向右)\n";break;

116、　case 3:cout<<"向上)\n";break;　　case 4:cout<<"向左)\n";break;　　}}}　　/*

117、　　Description: 恢復(fù)路徑函數(shù)　　*/　　void Restore(int **maze,int m,int n) //恢復(fù)迷宮　　{int i,j;　　for(i=0;

118、i<m+2;i++) //遍歷指針　　for(j=0;j<n+2;j++) 　　{if(maze[i][j]==-1) //恢復(fù)探索過位置，即把-1恢復(fù)為0　　maze[i][j]=0;}

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