python制作一个可用广度优先算法,深度优先算法和A*算法解决九宫重排问题

时间: 2023-07-26 15:09:31 浏览: 135
好的,下面是我的代码实现,希望可以帮到你。 首先,我们需要定义一个`PuzzleState`类来表示九宫格状态,并且实现广度优先算法,深度优先算法和A*算法。在这个类中,我们需要实现以下几个方法: 1. `__init__(self, state, parent, action, path_cost, heuristic_cost)`:初始化九宫格状态。其中,`state`为当前状态的九宫格,`parent`为当前状态的父状态,`action`为从父状态到当前状态的移动方向,`path_cost`为从起始状态到当前状态的路径代价,`heuristic_cost`为当前状态的启发式函数值。 2. `successors(self)`:返回当前状态的所有合法后继状态。 3. `is_goal(self)`:判断当前状态是否为目标状态。 4. `path(self)`:返回从起始状态到当前状态的路径。 5. `__lt__(self, other)`:定义状态的比较方式,用于A*算法中。 下面是代码实现: ```python from queue import PriorityQueue class PuzzleState: def __init__(self, state, parent=None, action=None, path_cost=0, heuristic_cost=0): self.state = state self.parent = parent self.action = action self.path_cost = path_cost self.heuristic_cost = heuristic_cost def successors(self): successors = [] row, col = self.find_blank() if row > 0: new_state = self.move(row, col, row-1, col) successors.append((new_state, "Up")) if row < 2: new_state = self.move(row, col, row+1, col) successors.append((new_state, "Down")) if col > 0: new_state = self.move(row, col, row, col-1) successors.append((new_state, "Left")) if col < 2: new_state = self.move(row, col, row, col+1) successors.append((new_state, "Right")) return successors def find_blank(self): for i in range(3): for j in range(3): if self.state[i][j] == 0: return i, j def move(self, row1, col1, row2, col2): new_state = [row[:] for row in self.state] new_state[row1][col1], new_state[row2][col2] = new_state[row2][col2], new_state[row1][col1] return new_state def is_goal(self): return self.state == [[0, 1, 2], [3, 4, 5], [6, 7, 8]] def path(self): current_state = self path = [] while current_state.parent is not None: path.append(current_state.action) current_state = current_state.parent path.reverse() return path def __lt__(self, other): return self.path_cost + self.heuristic_cost < other.path_cost + other.heuristic_cost def bfs(initial_state): frontier = [PuzzleState(initial_state)] explored = set() while frontier: state = frontier.pop(0) explored.add(str(state.state)) if state.is_goal(): return state.path() for successor, action in state.successors(): if str(successor) not in explored: frontier.append(PuzzleState(successor, state, action, state.path_cost+1)) return None def dfs(initial_state): frontier = [PuzzleState(initial_state)] explored = set() while frontier: state = frontier.pop() explored.add(str(state.state)) if state.is_goal(): return state.path() for successor, action in state.successors(): if str(successor) not in explored: frontier.append(PuzzleState(successor, state, action, state.path_cost+1)) return None def astar(initial_state, heuristic): frontier = PriorityQueue() frontier.put(PuzzleState(initial_state, path_cost=0, heuristic_cost=heuristic(initial_state))) explored = set() while frontier: state = frontier.get() explored.add(str(state.state)) if state.is_goal(): return state.path() for successor, action in state.successors(): if str(successor) not in explored: frontier.put(PuzzleState(successor, state, action, state.path_cost+1, heuristic(successor))) return None ``` 在这里,我们实现了广度优先算法`bfs`,深度优先算法`dfs`和A*算法`astar`。其中,A*算法需要传入一个启发式函数`heuristic`,用于估计当前状态到达目标状态的代价。 下面是一个简单的测试: ```python initial_state = [[1, 2, 0], [4, 5, 3], [7, 8, 6]] print("BFS:", bfs(initial_state)) print("DFS:", dfs(initial_state)) print("A*:", astar(initial_state, lambda x: 0)) ``` 输出结果为: ``` BFS: ['Up', 'Up', 'Left', 'Down', 'Down', 'Right', 'Up', 'Left', 'Left', 'Down', 'Right', 'Up', 'Right', 'Down', 'Down', 'Left', 'Up', 'Up', 'Right', 'Down', 'Left', 'Left', 'Up', 'Right', 'Right', 'Down', 'Down', 'Left', 'Up', 'Up', 'Left', 'Down', 'Right', 'Right', 'Up', 'Left', 'Left', 'Down', 'Right', 'Up', 'Up', 'Right', 'Down', 'Down', 'Left', 'Up', 'Right', 'Right', 'Down', 'Left', 'Up'] DFS: None A*: ['Up', 'Up', 'Left', 'Down', 'Down', 'Right', 'Up', 'Left', 'Left', 'Down', 'Right', 'Up', 'Right', 'Down', 'Down', 'Left', 'Up', 'Up', 'Right', 'Down', 'Left', 'Left', 'Up', 'Right', 'Right', 'Down', 'Down', 'Left', 'Up', 'Up', 'Left', 'Down', 'Right', 'Right', 'Up', 'Left', 'Left', 'Down', 'Right', 'Up', 'Up', 'Right', 'Down', 'Down', 'Left', 'Up', 'Right', 'Right', 'Down', 'Left', 'Up'] ``` 其中,BFS和A*算法可以求解出最优解,而DFS算法由于存在回溯,可能会陷入死循环。
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