野人传教士问题状态空间图

时间: 2023-08-03 20:44:36 浏览: 143
野人传教士问题的状态空间图如下所示: ``` (3,3,B) / | \ / | \ / | \ (2,2,A) | (2,3,A) / | \ / | \ / | \ (3,2,A) | (1,3,A) \ | / \ | / \ | / (2,2,B) ``` 其中,每个状态都由三个变量组成:左岸的野人数量、左岸的传教士数量、船只的位置(A表示左岸,B表示右岸)。例如,(3,3,B)表示左岸没有野人和传教士,船只在右岸。 状态之间的转移可以通过以下规则实现: 1. 船只只能容纳两个人; 2. 如果船上有野人,左岸和右岸野人数量都要减1; 3. 如果船上有传教士,左岸和右岸传教士数量都要减1; 4. 如果船上有野人和传教士,左岸和右岸野人数量和传教士数量都要减1; 5. 在任何时刻,左岸和右岸野人数量和传教士数量不能小于0,左岸的野人数量和传教士数量不能大于3。 通过遍历状态空间图,可以找到所有满足条件的解决方案。
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野人与传教士过河状态空间法

野人与传教士过河问题是一个经典的人工智能问题,可以使用状态空间搜索算法来解决。 首先,我们需要定义问题的状态和操作。在这个问题中,状态可以表示为`(m_left, c_left, b_left, m_right, c_right, b_right)`,其中`m_left`表示左岸传教士的数量,`c_left`表示左岸野人的数量,`b_left`表示船是否在左岸。同样,`m_right`、`c_right`和`b_right`表示右岸传教士、野人和船的状态。 操作可以定义为`(m, c, b)`,其中`m`和`c`表示船上传教士和野人的数量,`b`表示船从哪个岸到另一个岸。操作可能会导致状态从一个状态转移到另一个状态。 接下来,我们可以使用搜索算法(如深度优先搜索、广度优先搜索、A*搜索等)来寻找从初始状态到目标状态的路径。在搜索过程中,我们需要考虑一些限制条件,如不能让一边的野人数量超过传教士数量、船只只能容纳两个人等等。 最后,我们可以根据搜索得到的路径来输出解决方案。这个问题的解决方案可以用一个序列表示,序列中的每个元素都是一个操作,指示船从哪个岸到另一个岸,并带有船上的传教士和野人数量。

A*算法野人传教士问题java

下面是使用A*算法解决野人传教士问题的Java代码示例: ```java import java.util.*; public class AStarSearch { private static final int MAX_STATE_SPACE = 100000; private static final int MAX_PATH_COST = 100000; private static final int NUM_MISSIONARIES = 3; private static final int NUM_CANNIBALS = 3; // State representation of a node static class Node { int[] state = new int[2 * NUM_MISSIONARIES + 2]; int pathCost; int heuristicCost; Node parent; public Node(int[] state, int pathCost, int heuristicCost, Node parent) { this.state = state; this.pathCost = pathCost; this.heuristicCost = heuristicCost; this.parent = parent; } public boolean isGoalState() { return state[0] == 0 && state[1] == 0; } @Override public boolean equals(Object obj) { if (obj instanceof Node) { Node node = (Node) obj; return Arrays.equals(state, node.state); } return false; } @Override public int hashCode() { return Arrays.hashCode(state); } @Override public String toString() { return Arrays.toString(state); } } // Heuristic function private static int calculateHeuristic(Node node) { int numMissionariesLeft = node.state[0]; int numCannibalsLeft = node.state[1]; int numMissionariesRight = NUM_MISSIONARIES - numMissionariesLeft; int numCannibalsRight = NUM_CANNIBALS - numCannibalsLeft; int heuristicCost = (numMissionariesLeft + numCannibalsLeft - 2) / 2; if (numMissionariesLeft < numCannibalsLeft || numMissionariesRight < numCannibalsRight) { heuristicCost += MAX_PATH_COST; } return heuristicCost; } // Successor function private static List<Node> generateSuccessors(Node node) { List<Node> successors = new ArrayList<>(); int[] state = node.state.clone(); int pathCost = node.pathCost + 1; int numMissionariesLeft = state[0]; int numCannibalsLeft = state[1]; int boatPosition = state[2]; int numMissionariesRight = NUM_MISSIONARIES - numMissionariesLeft; int numCannibalsRight = NUM_CANNIBALS - numCannibalsLeft; if (boatPosition == 0) { // Move one missionary to right if (numMissionariesLeft > 0) { state[0] = numMissionariesLeft - 1; state[2] = 1; state[3] = numMissionariesRight + 1; state[4] = numCannibalsRight; if (isValidState(state)) { successors.add(new Node(state, pathCost, calculateHeuristic(new Node(state, 0, 0, null)), node)); } state = node.state.clone(); } // Move two missionaries to right if (numMissionariesLeft > 1) { state[0] = numMissionariesLeft - 2; state[2] = 1; state[3] = numMissionariesRight + 2; state[4] = numCannibalsRight; if (isValidState(state)) { successors.add(new Node(state, pathCost, calculateHeuristic(new Node(state, 0, 0, null)), node)); } state = node.state.clone(); } // Move one cannibal to right if (numCannibalsLeft > 0) { state[1] = numCannibalsLeft - 1; state[2] = 1; state[3] = numMissionariesRight; state[4] = numCannibalsRight + 1; if (isValidState(state)) { successors.add(new Node(state, pathCost, calculateHeuristic(new Node(state, 0, 0, null)), node)); } state = node.state.clone(); } // Move one missionary and one cannibal to right if (numMissionariesLeft > 0 && numCannibalsLeft > 0) { state[0] = numMissionariesLeft - 1; state[1] = numCannibalsLeft - 1; state[2] = 1; state[3] = numMissionariesRight + 1; state[4] = numCannibalsRight + 1; if (isValidState(state)) { successors.add(new Node(state, pathCost, calculateHeuristic(new Node(state, 0, 0, null)), node)); } state = node.state.clone(); } // Move one cannibal to right if (numCannibalsLeft > 1) { state[1] = numCannibalsLeft - 2; state[2] = 1; state[3] = numMissionariesRight; state[4] = numCannibalsRight + 2; if (isValidState(state)) { successors.add(new Node(state, pathCost, calculateHeuristic(new Node(state, 0, 0, null)), node)); } } } else { // Move one missionary to left if (numMissionariesRight > 0) { state[0] = numMissionariesLeft + 1; state[2] = 0; state[3] = numMissionariesRight - 1; state[4] = numCannibalsRight; if (isValidState(state)) { successors.add(new Node(state, pathCost, calculateHeuristic(new Node(state, 0, 0, null)), node)); } state = node.state.clone(); } // Move two missionaries to left if (numMissionariesRight > 1) { state[0] = numMissionariesLeft + 2; state[2] = 0; state[3] = numMissionariesRight - 2; state[4] = numCannibalsRight; if (isValidState(state)) { successors.add(new Node(state, pathCost, calculateHeuristic(new Node(state, 0, 0, null)), node)); } state = node.state.clone(); } // Move one cannibal to left if (numCannibalsRight > 0) { state[1] = numCannibalsLeft + 1; state[2] = 0; state[3] = numMissionariesRight; state[4] = numCannibalsRight - 1; if (isValidState(state)) { successors.add(new Node(state, pathCost, calculateHeuristic(new Node(state, 0, 0, null)), node)); } state = node.state.clone(); } // Move one missionary and one cannibal to left if (numMissionariesRight > 0 && numCannibalsRight > 0) { state[0] = numMissionariesLeft + 1; state[1] = numCannibalsLeft + 1; state[2] = 0; state[3] = numMissionariesRight - 1; state[4] = numCannibalsRight - 1; if (isValidState(state)) { successors.add(new Node(state, pathCost, calculateHeuristic(new Node(state, 0, 0, null)), node)); } state = node.state.clone(); } // Move one cannibal to left if (numCannibalsRight > 1) { state[1] = numCannibalsLeft + 2; state[2] = 0; state[3] = numMissionariesRight; state[4] = numCannibalsRight - 2; if (isValidState(state)) { successors.add(new Node(state, pathCost, calculateHeuristic(new Node(state, 0, 0, null)), node)); } } } return successors; } // Check if a state is valid private static boolean isValidState(int[] state) { int numMissionariesLeft = state[0]; int numCannibalsLeft = state[1]; int boatPosition = state[2]; int numMissionariesRight = NUM_MISSIONARIES - numMissionariesLeft; int numCannibalsRight = NUM_CANNIBALS - numCannibalsLeft; if (numMissionariesLeft > NUM_MISSIONARIES || numMissionariesRight > NUM_MISSIONARIES || numCannibalsLeft > NUM_CANNIBALS || numCannibalsRight > NUM_CANNIBALS || numMissionariesLeft < 0 || numMissionariesRight < 0 || numCannibalsLeft < 0 || numCannibalsRight < 0 || (numMissionariesLeft > 0 && numMissionariesLeft < numCannibalsLeft) || (numMissionariesRight > 0 && numMissionariesRight < numCannibalsRight)) { return false; } return true; } // A* search public static List<Node> aStarSearch() { Node root = new Node(new int[]{NUM_MISSIONARIES, NUM_CANNIBALS, 0, 0, 0}, 0, 0, null); PriorityQueue<Node> frontier = new PriorityQueue<>(MAX_STATE_SPACE, Comparator.comparingInt(o -> o.pathCost + o.heuristicCost)); Set<Node> explored = new HashSet<>(); frontier.add(root); while (!frontier.isEmpty()) { Node node = frontier.poll(); if (node.isGoalState()) { List<Node> path = new ArrayList<>(); while (node != null) { path.add(node); node = node.parent; } Collections.reverse(path); return path; } explored.add(node); List<Node> successors = generateSuccessors(node); for (Node successor : successors) { if (!frontier.contains(successor) && !explored.contains(successor)) { frontier.add(successor); } else if (frontier.contains(successor)) { Iterator<Node> iterator = frontier.iterator(); while (iterator.hasNext()) { Node existingNode = iterator.next(); if (existingNode.equals(successor) && existingNode.pathCost > successor.pathCost) { iterator.remove(); frontier.add(successor); break; } } } else if (explored.contains(successor)) { Iterator<Node> iterator = explored.iterator(); while (iterator.hasNext()) { Node existingNode = iterator.next(); if (existingNode.equals(successor) && existingNode.pathCost > successor.pathCost) { iterator.remove(); frontier.add(successor); break; } } } } } return null; } public static void main(String[] args) { List<Node> path = aStarSearch(); if (path == null) { System.out.println("No solution found!"); } else { System.out.println("Optimal solution found with cost " + path.get(path.size() - 1).pathCost); for (Node node : path) { System.out.println(Arrays.toString(node.state)); } } } } ``` 在这个示例中,我们使用了一个自定义的`Node`类来表示状态空间中的一个节点。每个节点都有一个状态表示、路径成本、启发式成本和一个父节点。我们还定义了一个`calculateHeuristic`方法来计算启发式成本,一个`generateSuccessors`方法来生成一个节点的后继节点,一个`isValidState`方法来检查一个状态是否有效,以及一个`aStarSearch`方法来执行A*搜索。 在主方法中,我们调用`aStarSearch`方法来获取最优解路径,并打印出每个节点的状态表示。如果无法找到解决方案,则打印一条消息表示无法找到解决方案。

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