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棧的妙用-實(shí)現(xiàn)迷宮問題

作者: 時(shí)間:2016-12-01 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
堆棧是計(jì)算機(jī)程序中非常重要的一部分,主要用來參數(shù)的調(diào)用,局部變量的存儲(chǔ)等,在C語言中的函數(shù)調(diào)用過程中通過不同函數(shù)的堆??臻g可以非常方便的找到傳遞進(jìn)來的參數(shù)以及退出時(shí)應(yīng)該返回的地址。具體的參看“函數(shù)調(diào)用分析 ”,這篇文章中通過實(shí)例分析討論了函數(shù)調(diào)用過程中堆棧的變化過程。


實(shí)質(zhì)上棧的運(yùn)用并不是只能在函數(shù)調(diào)用中,棧作為一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),自然有其特殊的意義,棧的最大特點(diǎn)是"先入后出,后入先出",這個(gè)特點(diǎn)可以用來結(jié)局很多的問題。C語言中的函數(shù)調(diào)用算是其中的最主要的用法之一,也就不再分析和討論。同樣遞歸,嵌套調(diào)用等都屬于函數(shù)調(diào)用的子類也不再描述。在其他方面經(jīng)典的運(yùn)用是解決迷宮問題,不同進(jìn)制數(shù)值之間的轉(zhuǎn)換,長字符串的分解以及算術(shù)表達(dá)式的求值等。下面我主要采用棧實(shí)現(xiàn)經(jīng)典的迷宮問題。
迷宮問題
迷宮問題是經(jīng)典的一類問題,如何從給出的入口找到對(duì)應(yīng)的出口,實(shí)現(xiàn)的方法和馬踏棋盤問題相似也是通過找到周圍8個(gè)方向坐標(biāo)的關(guān)系,然后依據(jù)深度優(yōu)先搜索方法和一定的條件找到下一步對(duì)應(yīng)的出路。由于迷宮問題需要存儲(chǔ)具體的完成路勁,這與前面的問題存在一定的差別。采用棧能夠很好的解決這個(gè)問題,其中棧結(jié)構(gòu)用來存儲(chǔ)具體的坐標(biāo)和方向。這樣根據(jù)棧就能保證以后每一次都能快速的找到出路。
實(shí)現(xiàn)的基本步驟如下:
1、為了避免邊界檢測(cè)問題,在迷宮的外圍添加一層圍墻,比如原來的迷宮為m*n,則添加圍墻以后的矩陣為(m+2)*(n+2)。其中為1表示不能走通,0時(shí)表示可以走通。這樣maze[1][1]表示迷宮的入口,而maze[m][n]表示迷宮的出口。
2、創(chuàng)建一個(gè)堆棧空間,可以采用靜態(tài)數(shù)組的方式,但由于不能準(zhǔn)確的估計(jì)數(shù)組空間大小,可以采用動(dòng)態(tài)創(chuàng)建的方式。并將入口坐標(biāo)值壓入到棧中。定義一個(gè)與迷宮大小相同的矩陣mark,用來統(tǒng)計(jì)當(dāng)前坐標(biāo)是否已經(jīng)到達(dá)過,當(dāng)沒有到達(dá)坐標(biāo)(i,j)時(shí),則有mark[i][j] = 0,如果之前到達(dá)過,則有mark[i][j] = 1.這樣主要是為了避免形成內(nèi)部死循環(huán),同時(shí)說明此路不能走通。
3、檢測(cè)棧空間是否為空,如果為空則停止,如果不為空,則彈出棧頂?shù)脑?
4、采用循環(huán)的方式,依據(jù)元素的方向確定下一個(gè)坐標(biāo),具體的確定方法依據(jù)之前的移動(dòng)關(guān)系找到,判斷該位置是否為0(maze[nextrow][nextcol] == 0)以及之前是否到達(dá)該位置(mark[nextrow][nextcol] == 1)。如果滿足條件,則將mark[nextrow][newcol]設(shè)置為1,并將當(dāng)前位置以及具體的方向值壓入棧中,將當(dāng)前坐標(biāo)設(shè)置為之前確定的下一個(gè)坐標(biāo),設(shè)置方向?yàn)?。然后重新進(jìn)行步驟4。如果8個(gè)方向全部不能找到合適的下一個(gè)坐標(biāo),說明此路走不通。重新進(jìn)行步驟3,探索新的路勁。探索成功的條件是(nextrow == EXIT_ROW&&nextcol == EXIT_COL)。

本文引用地址:http://www.bjwjmy.cn/article/201612/324520.htm


基本的實(shí)現(xiàn)流程圖如下所示:

代碼實(shí)現(xiàn)如下:

/*maze_problem.h*/
#ifndef MAZE_PROBLEM_H_H_
#define MAZE_PROBLEM_H_H_

typedef struct
{
int vert;
int horiz;
}offsets;

typedef struct {
int row;
int col;
int dir;
}element;

typedef struct {
int row;
int col;
}coordinate;
#endif


/*maze_problem.c*/
#include "maze_problem.h"

#include
#include

offsets move[8];

/*the stack save the path, and used */
element * stack;
int top = -1;

void initial_move(void)
{
/*horiz means cols*/
move[0].horiz = 0;
/*vert means rows*/
move[0].vert = -1;

move[1].horiz = 1;
move[1].vert = -1;

move[2].horiz = 1;
move[2].vert = 0;

move[3].horiz = 1;
move[3].vert = 1;

move[4].horiz = 0;
move[4].vert = 1;

move[5].horiz = -1;
move[5].vert = 1;

move[6].horiz = -1;
move[6].vert = 0;

move[7].horiz = -1;
move[7].vert = -1;
}
#define MAZE_ROWS 12
#define MAZE_COLS 15

#define NEW_MAZE_ROWS (MAZE_ROWS + 2)
#define NEW_MAZE_COLS (MAZE_COLS + 2)
#define EXIT_COL 15
#define EXIT_ROW 12

int maze[NEW_MAZE_ROWS][NEW_MAZE_COLS]
= {
1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
1,0,1,0,0,0,1,1,0,0,0,1,1,1,1,1,1,
1,1,0,0,0,1,1,0,1,1,1,0,0,1,1,1,1,
1,0,1,1,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,1,1,1,
1,1,1,0,1,1,1,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1,
1,1,1,0,1,0,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,
1,0,0,1,1,0,1,1,1,0,1,0,0,1,0,1,1,
1,0,0,1,1,0,1,1,1,0,1,0,0,1,0,1,1,
1,0,1,1,1,1,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
1,0,0,1,1,0,1,1,0,1,1,1,1,1,0,1,1,
1,1,1,0,0,0,1,1,0,1,1,0,0,0,0,0,1,
1,0,0,1,1,1,1,1,0,0,0,1,1,1,1,0,1,
1,0,1,0,0,1,1,1,1,1,0,1,1,1,1,0,1,
1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,
};


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