棧的妙用-實現(xiàn)迷宮問題

實質(zhì)上棧的運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，棧的最大特點是"先入后出，后入先出"，這個特點可以用來結(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)典的運用是解決迷宮問題，不同進制數(shù)值之間的轉(zhuǎn)換，長字符串的分解以及算術(shù)表達式的求值等。下面我主要采用棧實現(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應(yīng)的出口，實現(xiàn)的方法和馬踏棋盤問題相似也是通過找到周圍8個方向坐標的關(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應(yīng)的出路。由于迷宮問題需要存儲具體的完成路勁，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問題，其中棧結(jié)構(gòu)用來存儲具體的坐標和方向。這樣根據(jù)棧就能保證以后每一次都能快速的找到出路。
實現(xiàn)的基本步驟如下：
1、為了避免邊界檢測問題，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)建一個堆棧空間，可以采用靜態(tài)數(shù)組的方式，但由于不能準確的估計數(shù)組空間大小，可以采用動態(tài)創(chuàng)建的方式。并將入口坐標值壓入到棧中。定義一個與迷宮大小相同的矩陣mark，用來統(tǒng)計當前坐標是否已經(jīng)到達過，當沒有到達坐標（i,j）時，則有mark[i][j] = 0,如果之前到達過，則有mark[i][j] = 1.這樣主要是為了避免形成內(nèi)部死循環(huán)，同時說明此路不能走通。
3、檢測棧空間是否為空，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坐標，具體的確定方法依據(jù)之前的移動關(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，并將當前位置以及具體的方向值壓入棧中，將當前坐標設(shè)置為之前確定的下一個坐標，設(shè)置方向為0。然后重新進行步驟4。如果8個方向全部不能找到合適的下一個坐標，說明此路走不通。重新進行步驟3，探索新的路勁。探索成功的條件是(nextrow == EXIT_ROW&&nextcol == EXIT_COL)。

基本的實現(xiàn)流程圖如下所示：

代碼實現(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,
};