利用A*算法实现八数码难题(九宫重排)的搜索c++代码

时间: 2023-07-20 13:10:01 浏览: 114
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A*算法解决八数码问题(C++)

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下面是一个用C++实现的八数码问题A*算法搜索代码,其中使用了曼哈顿距离作为估价函数: ```c++ #include <iostream> #include <queue> #include <vector> #include <map> using namespace std; // 数码状态结构体 struct Node { int state[3][3]; int x, y; // 空格的位置 int f, g, h; // f=g+h Node *father; // 父状态指针 // 构造函数 Node(int s[3][3], int x, int y, int g, Node *father) { for (int i = 0; i < 3; i++) for (int j = 0; j < 3; j++) state[i][j] = s[i][j]; this->x = x; this->y = y; this->g = g; this->h = 0; this->father = father; calcH(); // 计算估价函数值 calcF(); // 计算f值 } // 拷贝构造函数 Node(const Node &rhs) { for (int i = 0; i < 3; i++) for (int j = 0; j < 3; j++) state[i][j] = rhs.state[i][j]; this->x = rhs.x; this->y = rhs.y; this->g = rhs.g; this->h = rhs.h; this->father = rhs.father; calcF(); } // 计算估价函数值 void calcH() { int cnt = 0; for (int i = 0; i < 3; i++) for (int j = 0; j < 3; j++) { if (state[i][j] == 0) continue; int x = (state[i][j] - 1) / 3; int y = (state[i][j] - 1) % 3; cnt += abs(x - i) + abs(y - j); } this->h = cnt; } // 计算f值 void calcF() { this->f = this->g + this->h; } }; // 重载小于运算符,用于优先队列排序 bool operator < (Node a, Node b) { return a.f > b.f; } // 判断状态是否合法 bool isLegal(Node *p) { int cnt = 0; for (int i = 0; i < 9; i++) { int x1 = i / 3, y1 = i % 3; if (p->state[x1][y1] == 0) continue; for (int j = i + 1; j < 9; j++) { int x2 = j / 3, y2 = j % 3; if (p->state[x2][y2] == 0) continue; if (p->state[x1][y1] > p->state[x2][y2]) cnt++; } } return cnt % 2 == 0; } // 判断状态是否为目标状态 bool isGoal(Node *p) { int cnt = 1; for (int i = 0; i < 3; i++) for (int j = 0; j < 3; j++) { if (cnt == 9) return true; if (p->state[i][j] != cnt++) return false; } return true; } // 打印状态 void printState(Node *p) { for (int i = 0; i < 3; i++) { for (int j = 0; j < 3; j++) { cout << p->state[i][j] << " "; } cout << endl; } cout << endl; } // A*算法搜索 void AStar(Node *start) { priority_queue<Node> open; // open表,按f值从小到大排序 map<string, bool> closed; // closed表,用于判重 open.push(*start); closed[string((char *)start->state, 9)] = true; while (!open.empty()) { Node cur = open.top(); open.pop(); if (isGoal(&cur)) { cout << "Find the goal state:" << endl; printState(&cur); return; } // 生成下一层状态 int dx[] = {0, 0, -1, 1}; int dy[] = {-1, 1, 0, 0}; for (int i = 0; i < 4; i++) { int nx = cur.x + dx[i]; int ny = cur.y + dy[i]; if (nx < 0 || nx >= 3 || ny < 0 || ny >= 3) continue; Node next(cur); swap(next.state[cur.x][cur.y], next.state[nx][ny]); next.x = nx; next.y = ny; next.g++; next.father = &cur; // 判断状态是否合法和是否已经访问过 if (isLegal(&next) && !closed[string((char *)next.state, 9)]) { open.push(next); closed[string((char *)next.state, 9)] = true; } } } cout << "Can't find the goal state!" << endl; } int main() { // 初始状态 int startState[3][3] = { {2, 8, 3}, {1, 6, 4}, {7, 0, 5} }; Node *start = new Node(startState, 1, 2, 0, NULL); AStar(start); return 0; } ``` 注意,在该代码中,使用了一个`map`容器来进行状态的判重。此外,为了使用`map`容器,还需要重载`Node`结构体的`<`运算符和构造函数。
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include using namespace std; struct node{ int nodesun[4][4]; int pre; //上一步在队列中的位置 int flag ; //步数标识,表示当前的步数为有效的 int value; //与目标的差距 int x,y; //空格坐标 }queue[1000]; //移动方向数组 int zx[4]={-1,0,1,0}; int zy[4]={0,-1,0,1}; //当前步数 int top; int desti[4][4];//目标状态 int detect(struct node *p)//检查是否找到 {int i,j; for(i=1;i<4;i++) for(j=1;jnodesun[i][j]!=desti[i][j]) return 0; return 1; } //打印 void printlj() {int tempt; int i,j; tempt=top; while(tempt!=0) { for(i=1;i<4;i++) for(j=1;j<4;j++) {cout<<queue[tempt].nodesun[i][j]; if(j==3) cout<<" "<<endl; } tempt=queue[tempt].pre; } } //现在状态与目标状态有多少个不同位置 int VALUE(struct node *p) {int count=0; int i,j; for(i=1;i<4;i++) for(j=1;jnodesun[i][j]!=desti[i][j]) count++; return count; } void main() { //初始化 int i,j,m,n,f; int min=10; int temp,find=0,minnumber; top=1; for(i=1;i<4;i++) for(j=1;j<4;j++) {cout<<"请输入第"<<i<<"行"<<"第"<<j<<"列的值"<>temp; queue[1].nodesun[i][j]=temp; } cout<<"请输入初始状态的空格的位置(行)"<>temp; queue[1].x=temp; cout<<"请输入初始状态的空格的位置(列)"<>temp; queue[1].y=temp; queue[1].value=VALUE(&queue[1]); queue[1].pre=0; //上一步在队列中的位置 queue[1].flag=0; //目标状态 for(i=1;i<4;i++) for(j=1;j<4;j++) {cout<<"请输入目标状态第"<<i<<"行"<<"第"<<j<<"列的值"<>temp; desti[i][j]=temp; } //根据估价函数 while(!find&&top>0) { for(i=1;i<=top;i++) //////////////////////////////////////////// //min为上一图中与目标图有多少个元素不相同,queue[i]为当前图与目标图有多少个元素不相同通过这两个数的比较,就可以得出当前图较之上一图向目标图接近同时把当前的i记录下来进行下一步比较 {if(queue[i].value<min&&queue[i].flag==0) {minnumber=i;// min=queue[i].value; //还有多少不同的位数 } } queue[minnumber].flag=1; //表示此位有效 ////////////////////////////////////// // for(f=0;f=1&&i=1&&j<=3) {top++; ///////////////////////////////////////////// //位置交换 queue[top]=queue[minnumber]; queue[top].nodesun[m][n]=queue[minnumber].nodesun[i][j]; queue[top].nodesun[i][j]=0; /////////////////////////////////////// //空格移动方向 queue[top].x=i; queue[top].y=j; /////////////////////////////////////// queue[top].pre=minnumber; //上一步在队列中的位置 queue[top].value=VALUE(&queue[top]); //有多少位与目标不同 queue[top].flag=0; //标识位初始化 if(detect(&queue[top])) //检查是否为目标 {printlj(); //打印 find=1; //设找到标识位 break; } } } } }

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