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 19:10:01 浏览: 54
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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