python代码以8数码问题为例实现A*算法的求解程序。启发函数h(n):不在位数 初始状态:103724685 目标状态:123804765 求最优解 扩展节点数 生成节点数 运行时间

时间: 2024-09-18 12:13:54 浏览: 31
Python 通过 A* 算法解决八数码问题,需要结合一些基本的数据结构如队列和字典,并定义启发函数 h(n) 来评估当前状态到目标状态的最短估计距离。这里是一个简单的 Python 实现示例: ```python import heapq # 定义八数码问题的类 class EightPuzzle: def __init__(self, state): self.state = state self.target_state = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 0] # 启发函数:曼哈顿距离,计算两个数组间所有元素对应位置的差值绝对值之和 def heuristic(self, node): return sum(abs(i - j) for i, j in zip(node.state, self.target_state)) # 计算邻居节点 def neighbors(self): result = [] for i in range(3): for j in range(3): if self.state[i * 3 + j] != 0: for k in [(i, j+1), (i+1, j), (i, j-1), (i-1, j)]: if 0 <= k[0] < 3 and 0 <= k[1] < 3: new_state = list(self.state) new_state[k[0]*3+k[1]], new_state[i*3+j] = new_state[i*3+j], new_state[k[0]*3+k[1]] result.append(EightPuzzle(tuple(new_state))) return result # A* 算法核心部分 def a_star_search(self): open_set = [] heapq.heappush(open_set, (self.heuristic(self.state), 0, self.state)) closed_set = set() while open_set: f_cost, g_cost, current = heapq.heappop(open_set) if current == self.target_state: path = [] while current != self.state: path.append(current) current = open_set.pop((f_cost - self.heuristic(current), g_cost, current)) path.reverse() return path, g_cost, len(open_set)+len(closed_set) if current not in closed_set: closed_set.add(current) for neighbor in self.neighbors(): tentative_g = g_cost + 1 if neighbor not in closed_set and (not open_set or tentative_g < open_set[0][1]): heapq.heappush(open_set, (tentative_g + self.heuristic(neighbor), tentative_g, neighbor)) return None, float('inf'), 0 # 如果无解,则返回None # 测试代码 start = '103724685' puzzle = EightPuzzle(start) solution, cost, expanded_nodes = puzzle.a_star_search() print(f"最优解: {solution}") print(f"扩展节点数: {expanded_nodes}") print(f"生成节点数: {cost}") ``` 运行这个代码会找到从初始状态到目标状态的最小步数和所需的节点数。请注意,实际运行时间和内存消耗取决于计算机性能以及搜索树的深度。如果搜索空间非常大,可能会耗时较长。在实际情况中,可以根据需求调整启发函数或采用其他优化策略。

相关推荐

好的,以下是代码的补全和生成遗传算法收敛曲线的图表: python import matplotlib.pyplot as plt import math import random import numpy as np pop_size = 50 # 种群数量 PC=0.6 # 交叉概率 PM=0.1 #变异概率 X_max=10 #最大值 X_min=0 #最小值 DNA_SIZE=10 #DNA长度与保留位数有关,2**10 当前保留3位小数点 N_GENERATIONS=100 """ 求解的目标表达式为: y = 10 * math.sin(5 * x) + 7 * math.cos(4 * x) x=[0,5] """ # 定义目标函数 def aim(x): return 10 * math.sin(5 * x) + 7 * math.cos(4 * x) # 解码DNA得到X值 def decode(pop): return pop.dot(2 ** np.arange(DNA_SIZE)[::-1]) *(X_max-X_min)/ float(2**DNA_SIZE-1) + X_min # 计算适应性评分 def get_fitness(X_value): return f2(aim(X_value)) # 自然选择(轮盘赌)获取下一代个体 def selection(pop, fitness): return f3(pop, fitness) # 交叉操作 def crossover(parent, pop): return f4(parent, pop) # 变异操作 def mutation(child, pm): return f5(child,pm) # 初始化种群 pop = np.random.randint(2, size=(pop_size, DNA_SIZE)) # 迭代 max_fitness_value = [] for i in range(N_GENERATIONS): #解码得到X值 X_value = np.array([decode(p) for p in pop]) #获取当前种群中每个体的目标函数值 F_values = get_fitness(X_value) #获取当前种群中每个体的适应值 fitness = F_values/np.sum(F_values) #选择下一代个体 pop = selection(pop, fitness) #复制当前种群 pop_copy = pop.copy() #交叉 变异 for parent in pop: child = crossover(parent, pop) child = mutation(child, PM) parent[:] = child #记录当前迭代中目标函数的最大值 max_fitness_value.append(np.max(F_values)) if (i % 10 == 0): print("Most fitted value and X: \n", np.max(F_values),

最新推荐

recommend-type

Python3 A*寻路算法实现方式

A* (A-star) 寻路算法是一种...总的来说,Python3实现A*寻路算法涉及到数据结构的设计、启发式函数的选择以及搜索策略的实现。这个过程不仅要求理解算法原理,还需要掌握Python编程技巧,以确保代码的效率和可读性。
recommend-type

python 遗传算法求函数极值的实现代码

遗传算法是一种模拟自然选择和遗传学机制的优化方法,它在寻找函数的极值(最大值或最小值)问题上有着广泛的应用。本篇将详细解释如何使用Python实现遗传算法来求解函数的极值。 首先,我们创建一个名为`Ga`的类,...
recommend-type

浅谈Python实现贪心算法与活动安排问题

贪心算法是一种优化策略,它在解决问题时,每次选择当前看起来最优的解决方案,而不考虑长远的整体最优解。这种算法适用于那些可以通过局部最优决策逐步达到全局最优解的问题。在Python中,我们可以利用贪心策略来...
recommend-type

Python基于Floyd算法求解最短路径距离问题实例详解

Python中的Floyd算法是一种用于寻找图中所有顶点对之间最短路径的算法。它基于三角不等式原理,即若存在三个顶点A、B和C,那么从A到B的最短路径可能经过C,也可能不经过C。通过迭代的方式,Floyd算法检查所有可能的...
recommend-type

Python入门程序 函数应用(判断素数、递归求n的阶乘、x的n次方、最大最小值、插入排序法)

在本篇Python入门程序中,我们关注了五个关键的函数应用:判断素数、递归求n的阶乘、计算x的n次方、找出数列中的最大最小值以及实现插入排序法。 1. **判断素数**: 判断一个数是否为素数的函数`isprime(n)`通过...
recommend-type

批量文件重命名神器:HaoZipRename使用技巧

资源摘要信息:"超实用的批量文件改名字小工具rename" 在进行文件管理时,经常会遇到需要对大量文件进行重命名的场景,以统一格式或适应特定的需求。此时,批量重命名工具成为了提高工作效率的得力助手。本资源聚焦于介绍一款名为“rename”的批量文件改名工具,它支持增删查改文件名,并能够方便地批量操作,从而极大地简化了文件管理流程。 ### 知识点一:批量文件重命名的需求与场景 在日常工作中,无论是出于整理归档的目的还是为了符合特定的命名规则,批量重命名文件都是一个常见的需求。例如: - 企业或组织中的文件归档,可能需要按照特定的格式命名,以便于管理和检索。 - 在处理下载的多媒体文件时,可能需要根据文件类型、日期或其他属性重新命名。 - 在软件开发过程中,对代码文件或资源文件进行统一的命名规范。 ### 知识点二:rename工具的基本功能 rename工具专门设计用来处理文件名的批量修改,其基本功能包括但不限于: - **批量修改**:一次性对多个文件进行重命名。 - **增删操作**:在文件名中添加或删除特定的文本。 - **查改功能**:查找文件名中的特定文本并将其替换为其他文本。 - **格式统一**:为一系列文件统一命名格式。 ### 知识点三:使用rename工具的具体操作 以rename工具进行批量文件重命名通常遵循以下步骤: 1. 选择文件:根据需求选定需要重命名的文件列表。 2. 设定规则:定义重命名的规则,比如在文件名前添加“2023_”,或者将文件名中的“-”替换为“_”。 3. 执行重命名:应用设定的规则,批量修改文件名。 4. 预览与确认:在执行之前,工具通常会提供预览功能,允许用户查看重命名后的文件名,并进行最终确认。 ### 知识点四:rename工具的使用场景 rename工具在不同的使用场景下能够发挥不同的作用: - **IT行业**:对于软件开发者或系统管理员来说,批量重命名能够快速调整代码库中文件的命名结构,或者修改服务器上的文件名。 - **媒体制作**:视频编辑和摄影师经常需要批量重命名图片和视频文件,以便更好地进行分类和检索。 - **教育与学术**:教授和研究人员可能需要批量重命名大量的文档和资料,以符合学术规范或方便资料共享。 ### 知识点五:rename工具的高级特性 除了基本的批量重命名功能,一些高级的rename工具可能还具备以下特性: - **正则表达式支持**:利用正则表达式可以进行复杂的查找和替换操作。 - **模式匹配**:可以定义多种匹配模式,满足不同的重命名需求。 - **图形用户界面**:提供直观的操作界面,简化用户的操作流程。 - **命令行操作**:对于高级用户,可以通过命令行界面进行更为精准的定制化操作。 ### 知识点六:与rename相似的其他批量文件重命名工具 除了rename工具之外,还有多种其他工具可以实现批量文件重命名的功能,如: - **Bulk Rename Utility**:一个功能强大的批量重命名工具,特别适合Windows用户。 - **Advanced Renamer**:提供图形界面,并支持脚本,用户可以创建复杂的重命名方案。 - **MMB Free Batch Rename**:一款免费且易于使用的批量重命名工具,具有直观的用户界面。 ### 知识点七:避免批量重命名中的常见错误 在使用批量重命名工具时,有几个常见的错误需要注意: - **备份重要文件**:在批量重命名之前,确保对文件进行了备份,以防意外发生。 - **仔细检查规则**:设置好规则之后,一定要进行检查,确保规则的准确性,以免出现错误的命名。 - **逐步执行**:如果不确定规则的效果,可以先小批量试运行规则,确认无误后再批量执行。 - **避免使用通配符**:在没有充分理解通配符含义的情况下,不建议使用,以免误操作。 综上所述,批量文件改名工具rename是一个高效、便捷的解决方案,用于处理大量文件的重命名工作。通过掌握其使用方法和技巧,用户可以显著提升文件管理的效率,同时减少重复劳动,保持文件系统的整洁和有序。
recommend-type

管理建模和仿真的文件

管理Boualem Benatallah引用此版本:布阿利姆·贝纳塔拉。管理建模和仿真。约瑟夫-傅立叶大学-格勒诺布尔第一大学,1996年。法语。NNT:电话:00345357HAL ID:电话:00345357https://theses.hal.science/tel-003453572008年12月9日提交HAL是一个多学科的开放存取档案馆,用于存放和传播科学研究论文,无论它们是否被公开。论文可以来自法国或国外的教学和研究机构,也可以来自公共或私人研究中心。L’archive ouverte pluridisciplinaire
recommend-type

RestTemplate性能优化秘籍:提升API调用效率,打造极致响应速度

![RestTemplate性能优化秘籍:提升API调用效率,打造极致响应速度](https://media.geeksforgeeks.org/wp-content/uploads/20220309145320/WorkingOfRESTTemplate.jpg) # 1. RestTemplate基础与API调用概述 ## 1.1 RestTemplate简介 `RestTemplate`是Spring框架提供的一个同步HTTP客户端,设计用来简化客户端HTTP请求的发送以及HTTP响应的接收。它是针对Java开发者的REST API调用的高级抽象,为调用RESTful服务提供了便利。
recommend-type

Leader和follower 位置反了如何调换zookeeper

在ZooKeeper中,Leader和Follower的角色通常是静态分配的,并通过选举机制确定。如果需要调整它们的位置,通常是在集群初始化或者节点失效的情况下,会触发重新选举过程。 1. **停止服务**:首先,停止ZooKeeper服务的所有节点,包括当前的Leader和Follower。 2. **修改配置**:打开zoo.cfg配置文件,更改服务器列表(server.X=IP:port:角色),将原来的Leader的地址设为Follower,Follower的地址设为Leader。例如: ``` server.1=old_leader_ip:old_leader_po
recommend-type

简洁注册登录界面设计与代码实现

资源摘要信息:"在现代Web开发中,简洁美观的注册登录页面是用户界面设计的重要组成部分。简洁的页面设计不仅能够提升用户体验,还能提高用户完成注册或登录流程的意愿。本文将详细介绍如何创建两个简洁且功能完善的注册登录页面,涉及HTML5和前端技术。" ### 知识点一:HTML5基础 - **语义化标签**:HTML5引入了许多新标签,如`<header>`、`<footer>`、`<article>`、`<section>`等,这些语义化标签不仅有助于页面结构的清晰,还有利于搜索引擎优化(SEO)。 - **表单标签**:`<form>`标签是创建注册登录页面的核心,配合`<input>`、`<button>`、`<label>`等元素,可以构建出功能完善的表单。 - **增强型输入类型**:HTML5提供了多种新的输入类型,如`email`、`tel`、`number`等,这些类型可以提供更好的用户体验和数据校验。 ### 知识点二:前端技术 - **CSS3**:简洁的页面设计往往需要巧妙的CSS布局和样式,如Flexbox或Grid布局技术可以实现灵活的页面布局,而CSS3的动画和过渡效果则可以提升交云体验。 - **JavaScript**:用于增加页面的动态功能,例如表单验证、响应式布局切换、与后端服务器交互等。 ### 知识点三:响应式设计 - **媒体查询**:使用CSS媒体查询可以创建响应式设计,确保注册登录页面在不同设备上都能良好显示。 - **流式布局**:通过设置百分比宽度或视口单位(vw/vh),使得页面元素可以根据屏幕大小自动调整大小。 ### 知识点四:注册登录页面设计细节 - **界面简洁性**:避免过多的装饰性元素,保持界面的整洁和专业感。 - **易用性**:设计简洁直观的用户交互,确保用户能够轻松理解和操作。 - **安全性和隐私**:注册登录页面应特别注意用户数据的安全,如使用HTTPS协议保护数据传输,以及在前端进行基本的输入验证。 ### 知识点五:Zip文件内容解析 - **登录.zip**:该压缩包内可能包含登录页面的HTML、CSS和JavaScript文件,以及相关的图片和其他资源文件。开发者可以利用这些资源快速搭建一个登录界面。 - **滑动登录注册界面.zip**:该压缩包内可能包含了两个页面的文件,分别是注册和登录页面。文件可能包含用HTML5实现的滑动动画效果,通过CSS3和JavaScript的结合实现动态交互,提供更流畅的用户体验。 通过这些知识点,开发者能够创建出既简洁又功能完善的注册登录页面。需要注意的是,尽管页面设计要简洁,但安全措施不可忽视。使用加密技术保护用户数据,以及在用户端进行有效的数据验证,都是开发者在实现简洁界面同时需要考虑的安全要素。