有N个传教士和N个野人要过河,现在有一条船只能承载K个人(包括野人),K<N,在任何时刻,如果有野人和传教士在一起,必须要求传教士的人数多于或等于野人的人数。A*算法jave解决

时间: 2023-06-24 13:08:43 浏览: 56
这是一个经典的河流问题,可以使用A*算法来解决。 首先,我们需要定义状态空间和状态转移函数。在这个问题中,状态空间是所有可能的船上和河岸上的状态。每个状态由以下三个因素确定:左岸上的传教士数量,左岸上的野人数量和船的位置(左岸或右岸)。 状态转移函数是指从一个状态到另一个状态的转移。在这个问题中,转移的规则如下: 1. 船上最多只能有K个人。 2. 船只能从左岸到右岸或者从右岸到左岸。 3. 在任何时刻,如果有野人和传教士在一起,必须要求传教士的人数多于或等于野人的人数。 然后,我们需要定义启发函数。启发函数是一种估计从当前状态到目标状态的代价的函数。在这个问题中,我们可以使用以下启发函数: 1. 从左岸到右岸的传教士数量与野人数量的差异,因为我们的目标是在右岸上放置所有的传教士和野人,所以这个启发函数可以帮助我们快速找到一个可行的解决方案。 2. 船的位置,如果船在左岸上,这个启发函数的值为1,如果船在右岸上,这个启发函数的值为0。 最后,我们可以使用A*算法来搜索从初始状态到目标状态的最短路径。在这个算法中,我们需要维护一个优先队列,其中每个元素都是一个状态和其估计的代价。我们从初始状态开始,逐步扩展每个状态,直到找到目标状态。在扩展每个状态时,我们会计算其所有可能的后继状态,并将它们加入到优先队列中。 以下是Java代码的实现,其中State类表示一个状态,frontier是优先队列,heuristic是启发函数: ``` import java.util.*; class State implements Comparable<State>{ int m; // number of missionaries on left bank int c; // number of cannibals on left bank int b; // 0 for boat on left bank, 1 for boat on right bank public State(int m, int c, int b){ this.m = m; this.c = c; this.b = b; } public boolean equals(Object o){ State s = (State) o; return this.m == s.m && this.c == s.c && this.b == s.b; } public int hashCode(){ return Objects.hash(m, c, b); } public int compareTo(State s){ return this.m + this.c - s.m - s.c; } } public class RiverCrossing { PriorityQueue<State> frontier; Map<State, Integer> cost; Map<State, State> cameFrom; Map<State, Integer> heuristic; int K; public RiverCrossing(int K){ this.K = K; frontier = new PriorityQueue<State>(); cost = new HashMap<State, Integer>(); cameFrom = new HashMap<State, State>(); heuristic = new HashMap<State, Integer>(); } public List<State> successors(State s){ List<State> result = new ArrayList<State>(); int mb = Math.min(s.m, K); int cb = Math.min(s.c, K); for(int i=0; i<=mb; i++){ for(int j=0; j<=cb; j++){ if(i+j == 0 || i+j > K) continue; if(i < j) continue; int new_m = s.m - i + (1-s.b)*i; int new_c = s.c - j + (1-s.b)*j; int new_b = 1 - s.b; State new_s = new State(new_m, new_c, new_b); result.add(new_s); } } return result; } public int distance(State s){ return cost.getOrDefault(s, Integer.MAX_VALUE); } public void updateDistance(State s, int d){ cost.put(s, d); } public int heuristic(State s){ return heuristic.getOrDefault(s, 0); } public void updateHeuristic(State s){ int h = Math.abs(s.m - s.c); if(s.b == 0) h += 1; heuristic.put(s, h); } public void aStar(State start, State end){ frontier.offer(start); updateDistance(start, 0); updateHeuristic(start); while(!frontier.isEmpty()){ State current = frontier.poll(); if(current.equals(end)) break; for(State next : successors(current)){ int newCost = distance(current) + 1; if(newCost < distance(next)){ updateDistance(next, newCost); updateHeuristic(next); cameFrom.put(next, current); frontier.offer(next); } } } } public List<State> getPath(State start, State end){ aStar(start, end); List<State> path = new ArrayList<State>(); State current = end; while(!current.equals(start)){ path.add(current); current = cameFrom.get(current); } path.add(start); Collections.reverse(path); return path; } public static void main(String[] args){ RiverCrossing rc = new RiverCrossing(2); State start = new State(3, 3, 0); State end = new State(0, 0, 1); List<State> path = rc.getPath(start, end); for(State s : path){ System.out.println(s.m + " " + s.c + " " + s.b); } } } ```

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