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);
}
}
}
```