数据结构—C语言:校园导航系统(最短路径两种算法:暴力枚举以及Dijkstra)

本人是某大学计算机的菜鸡,在数据结构上机课作业完成过程中,曾上网找了很多类似代码寻找思路,但是网上的代码太繁琐,而且都不是很好理解,因此在自己完成以后就写了这么一个博客,提供一种比较简单的程序代码,希望对那些还在数据结构中头痛的同学一点帮助。
        问题描述:设计以校园导游程序,为来访的客人提供各种信息查询服务。

设计要求:

(1)设计自己所在学校的校园平面图(所含景点不少于十个),顶点信息包括名称、简介等,边的信息包括路径长度等。

(2)为来访的客人提供景点信息查询服务。

(3)为来访的客人提供从当前顶点出发前往景点的路线查询服务,包括最短路径及有可能的简单路径。
 附图:

《数据结构—C语言:校园导航系统(最短路径两种算法:暴力枚举以及Dijkstra)》

其实整个题目很简单,主要就是求最短路径的算法问题,在这里由于这个题需要输出所有路径,因此直接选取暴力枚举的方法,把所有的路径都给枚举出来,最后将最小的路径保存起来,最后单独进行输出就好:

     if(b==w) {                                  //如果找到终点则进行输出,否则继续查找
                    for(p=0;p<k;p++){
                        printf("%d->",G->a[p]);
                    }
                    printf("%d  ",G->a[k]);
                    printf("路线总长:%dkm\n",sum);
                    if(sum<G->minrude){     //若当前路径总长小于最小值,则对最短路径进行更新
                        G->r=k;
                        G->minrude=sum;
                        for(p=0;p<=k;p++){
                            G->min[p]=G->a[p];
                        }
                    }
                    return ;
                }
        else{
        for(j=1;j<=10;j++){

           if(G->arc[b][j]<5000&&G->vexs[j].park==0){ 
                    k++;
                    G->a[k]=j;
                    sum+=G->arc[b][j];             
                    G->vexs[j].park=1;
                    RudeGraph(G,j,w,k,sum);    //通过递归对所有路径进行深度搜索
                    k--;                       //递归返回这一层后对顶点信息进行重新初始化
                    G->vexs[j].park=0; 
                    sum-=G->arc[b][j];
            }

        }
   }

值得注意的是,这段暴力枚举的代码使用了邻接矩阵的思想,从邻接矩阵的第一行第一个点对后面点的不断递归查找,返回上一层时候对顶点信息初始化为递归前的状态还是比较细节的。

完整代码如下:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define M 5000              //假设两顶点之间没有路径,用5000来表示

typedef struct vexsinfo     //存放顶点信息的结构体
{
    int park;               //访问的标志,park=0是未被访问过
    int num;                //景点的编号
    char name[32];          //景点的名称
    char introduction[256]; //景点的介绍
}vexsinfo;

typedef struct MGraph       
{
    int r;                  //记录最短路径访问过的景点数目
    int minrude;            //记录最短路径的长度
    int min[50];            //记录最短路径经过的顶点信息
    int a[50];              //记录路线的数组
    vexsinfo vexs[50];      //存放顶点编号的数组,用vexsinfo结构体的变量vexsinfo定义,可以用
                            //该数组存放顶点信息            
    int arc[50][50];        //存放两点之间权值的邻接矩阵
    int v,e;                //定点数和边数
} MGraph;

MGraph* CreateGraph()
{
    MGraph *G;
	int i,j,k;
	G=(MGraph*)malloc(sizeof(MGraph));

    //初始化访问标志
	for(i=0;i<10;i++){
    G->vexs[i].park=0;
    }

	//初始化顶点数目和路线数目
	G->v=10;
	G->e=13;

	//给景点数组编号
	for(i=1;i<=G->v;i++)
		G->vexs[i].num=i;
	for(j=1;j<=10;j++)
		for(k=1;k<=10;k++)
		{
			G->arc[j][k]=M;
		}

		//初始化矩阵,赋予每条边权值
			G->arc[1][2]=G->arc[2][1]=1;
			G->arc[1][3]=G->arc[3][1]=3;
			G->arc[1][10]=G->arc[10][1]=8;
			G->arc[2][6]=G->arc[6][2]=2;
			G->arc[4][3]=G->arc[3][4]=1;
			G->arc[4][5]=G->arc[5][4]=1;
			G->arc[9][5]=G->arc[5][9]=2;
			G->arc[6][7]=G->arc[7][6]=1;
			G->arc[7][8]=G->arc[8][7]=2;
			G->arc[10][7]=G->arc[7][10]=3;
			G->arc[8][9]=G->arc[9][8]=2;
			G->arc[8][10]=G->arc[10][8]=2;
			G->arc[9][10]=G->arc[10][9]=3;

      //初始化顶点信息
        strcpy(G->vexs[1].name ,"校  门");
        strcpy(G->vexs[2].name ,"综合楼");
        strcpy(G->vexs[3].name ,"科技馆");
        strcpy(G->vexs[4].name ,"月牙湖");
        strcpy(G->vexs[5].name ,"咖啡屋");
        strcpy(G->vexs[6].name ,"篮球场");
        strcpy(G->vexs[7].name ,"体育馆");
        strcpy(G->vexs[8].name ,"图书馆");
        strcpy(G->vexs[9].name ,"学生活动中心");
        strcpy(G->vexs[10].name ,"三炷香");
        strcpy(G->vexs[1].introduction ,"曾经是亚洲第一大校门,现因临沂大学重建以后成为亚洲队二大校门");
        strcpy(G->vexs[2].introduction ,"老师和领导们办公的地方");
        strcpy(G->vexs[3].introduction ,"里面有学校的校史馆,记录着杭电发展的历史");
        strcpy(G->vexs[4].introduction ,"学校里面唯一的湖,旁边有一片草地,是情侣们经常出没的地方,里面有许多鸭子游来游去");
        strcpy(G->vexs[5].introduction ,"咖啡屋是学生在运营的,里面每天都会有学生和老师在学习和娱乐");
        strcpy(G->vexs[6].introduction ,"篮球热爱者的天堂,篮球比赛都在这里举办");
        strcpy(G->vexs[7].introduction ,"很多明星来开演唱会时会在体育馆内进行,其次篮球比赛决赛、开学典礼等也会在体育馆举行");
        strcpy(G->vexs[8].introduction ,"图书馆高12层,是杭电教学区内最高的建筑物,是热爱学习的同学们的圣地");
        strcpy(G->vexs[9].introduction ,"社团活动和很多晚会举办的地方");
        strcpy(G->vexs[10].introduction ,"位于学校教学区的正中央,是杭电的标志性建筑物之一");
        return G;

}
void RudeGraph(MGraph *G,int b,int w,int k,int sum){
        int p,j,n;
     
        if(b==w) {
                    for(p=0;p<k;p++){
                        printf("%d->",G->a[p]);
                    }
                    printf("%d  ",G->a[k]);
                    printf("路线总长:%dkm\n",sum);
                    if(sum<G->minrude){
                        G->r=k;
                        G->minrude=sum;
                        for(p=0;p<=k;p++){
                            G->min[p]=G->a[p];
                        }
                    }
                    return ;
                }
        else{
        for(j=1;j<=10;j++){

           if(G->arc[b][j]<5000&&G->vexs[j].park==0){
                    k++;
                    G->a[k]=j;
                    sum+=G->arc[b][j];             
                    G->vexs[j].park=1;
                    RudeGraph(G,j,w,k,sum);    //通过递归对所有路径进行深度搜索
                    k--;                       //递归返回这一层后对顶点信息进行重新初始化
                    G->vexs[j].park=0; 
                    sum-=G->arc[b][j];
            }

        }
   }

    return ;
}

int main(void)
{
    int c,i,p,k;
    MGraph *T;
    T=CreateGraph();
    while(1){
    printf("**********************************\n");
    printf("欢迎来到******大学景点信息服务系统\n");
    printf("1.景点信息查询\n");
    printf("2.路线查询服务\n");
    printf("3.退出\n");
    printf("**********************************\n");
    printf("请选择你要查询的功能:\n");

    scanf("%d",&c);
    if(c==1){
            printf("**********************************\n");
            printf("******大学共有如下十处景点:\n");
            for(i=1;i<=10;i++){
                printf("%d.",T->vexs[i].num);
                printf("%s:    ",T->vexs[i].name);
                printf("%s\n",T->vexs[i].introduction);
            }
    }

    else if(c==2){
            printf("**********************************\n");
            printf("请输入当前景点编号和你想要去的景点编号:\n");
            printf("(注:景点编号可在功能1内查询)\n");
            int b,w;
            //初始化访问标志
                    for(i=0;i<10;i++){
                    T->vexs[i].park=0;
                    }
            scanf("%d %d",&b,&w);
            while(b<1||b>10||w<1||w>10){
                printf("输入错误,请重新输入:\n");
                scanf("%d %d",&b,&w);
            }
            if(b==w){
                printf("您已经在此景点,请重新输入:\n");
                scanf("%d %d",&b,&w);
            }
            else{
                T->a[0]=b;
                T->vexs[b].park=1;
                printf("从景点%d到景点%d共有如下路径:\n",b,w);
                RudeGraph(T,b,w,0,0);
                printf("最短路径为:\n");
                for(p=0;p<T->r;p++){
                printf("%d->",T->min[p]);
                }
                printf("%d  ",T->min[T->r]);
                printf("路线总长:%dkm\n",T->minrude);
                T->minrude=100;                        //重新初始化最短路径长度

                        }

           }
    else if(c==3) break;
    else printf("输入错误,请重新输入:\n");
  }
  printf("祝您生活愉快,再见^v^");
    return 0;
}

下面提供Dijkstra算法的伪代码:

和暴力枚举相比,Dijkstra的代码只是在算法和最后输出时有所不同,在顶点信息中多加了一个变量存储当前顶点的直接前驱节点,其它地方代码段上的注释应该足够明确,当然算法的思想还是需要看代码前提前掌握的。

typedef struct vexsinfo //顶点信息
{
    int park; //访问的标志
    int num; //景点的编号
    int prenum; //记录当前顶点的前一个顶点编号
    int quanzhi; //顶点的权值
    char name[32]; //景点的名称
    char introduction[256]; //景点的介绍
}vexsinfo;

typedef struct MGraph
{
    vexsinfo vexs[50];//顶点表
    int arc[50][50];//边表
    int v,e;//定点数和边数
} MGraph;


void RudeGraph(MGraph *G,int b,int k){         //迪杰斯特拉求最短路径
    int i,j,min,minu;
    min=1000;
    for(j=1;j<=10;j++){
    if(G->arc[b][j]<5000&&G->vexs[b].quanzhi+G->arc[b][j]<G->vexs[j].quanzhi&&G->vexs[j].park==0){
            G->vexs[j].prenum=b;               //更新当前顶点的直接前驱节点
         G->vexs[j].quanzhi=G->vexs[b].quanzhi+G->arc[b][j];   //对顶点的权值进行更新
        }
    }
    G->vexs[b].park=1;

    for(i=1;i<=10;i++){                        //找到目前权值最小的点的编号存储minu
     if(G->vexs[i].quanzhi<min&&i!=b&&G->vexs[i].park==0){
        min=G->vexs[i].quanzhi;
        minu=i;
     }
    }
    k++;
    if(k<10)                       
         RudeGraph(G,minu,k);                   //对当前权值最小的点进行递归
        else                         //有个记录前驱编号的还没用到,先求出最短路径再实现输出
         return ;
    }

最短路径的输出:
 

                 //初始化顶点权值
                   for(i=0;i<=10;i++){
                    T->vexs[i].quanzhi=5000;
                   }   
                T->vexs[b].prenum=-1;           //没有前驱结点将其设为-1
                T->vexs[b].park=0;
                T->vexs[b].quanzhi=0;
                RudeGraph(T,b,1);
                printf("从景点%d到景点%d最短路径为:\n",b,w);
                b=w; 
                j=0;
                while(T->vexs[b].prenum!=-1){      //从终点向前查找前驱节点并保存在数组里
                    a[j]=T->vexs[b].prenum;
                    b=T->vexs[b].prenum;
                    j++;
                }
                printf("最短路径为:\n");
                for(i=j-1;i>=0;i--){             //对数组逆向输出,从而找到最短路径
                    printf("%d->",a[i]); 
                }
                printf("%d\n",w);
                printf("路径长度为:\n");
                printf("%d\n",T->vexs[w].quanzhi);         

 

    原文作者:Dijkstra算法
    原文地址: https://blog.csdn.net/qq_42771692/article/details/84975382
    本文转自网络文章,转载此文章仅为分享知识,如有侵权,请联系博主进行删除。
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