用c++实现用有界深度优先搜索解决八数码难题

时间: 2024-01-04 11:04:31 浏览: 57
好的,下面是用 C++ 实现用有界深度优先搜索解决八数码难题的代码: ```c++ #include <iostream> #include <vector> #include <unordered_set> using namespace std; const int N = 3; // 拼图块的维度 const int MAX_DEPTH = 50; // 最大搜索深度 struct State { int board[N][N]; // 拼图块的当前状态 int zero_row, zero_col; // 空格的位置 int depth; // 当前状态的深度 State *prev; // 前一状态 }; // 判断当前状态是否为目标状态 bool is_goal(State *s) { int num = 1; for (int i = 0; i < N; i++) { for (int j = 0; j < N; j++) { if (i == N-1 && j == N-1) { if (s->board[i][j] != 0) return false; } else { if (s->board[i][j] != num) return false; num++; } } } return true; } // 复制当前状态 State *copy_state(State *s) { State *new_state = new State; for (int i = 0; i < N; i++) { for (int j = 0; j < N; j++) { new_state->board[i][j] = s->board[i][j]; } } new_state->zero_row = s->zero_row; new_state->zero_col = s->zero_col; new_state->depth = s->depth; new_state->prev = s->prev; return new_state; } // 打印出拼图块的状态 void print_state(State *s) { for (int i = 0; i < N; i++) { for (int j = 0; j < N; j++) { cout << s->board[i][j] << " "; } cout << endl; } cout << endl; } // 找到空格可移动的方向 vector<pair<int, int>> get_moves(State *s) { vector<pair<int, int>> moves; int r = s->zero_row, c = s->zero_col; if (r > 0) moves.push_back({r-1, c}); // 上 if (r < N-1) moves.push_back({r+1, c}); // 下 if (c > 0) moves.push_back({r, c-1}); // 左 if (c < N-1) moves.push_back({r, c+1}); // 右 return moves; } // 判断当前状态是否已被访问过 bool is_visited(State *s, unordered_set<State *> &visited) { return visited.find(s) != visited.end(); } // 生成新的状态,返回是否成功 bool generate_new_state(State *s, int r, int c, State *&new_state) { new_state = copy_state(s); new_state->board[new_state->zero_row][new_state->zero_col] = new_state->board[r][c]; new_state->board[r][c] = 0; new_state->zero_row = r; new_state->zero_col = c; new_state->depth = s->depth + 1; new_state->prev = s; return true; } // 搜索,返回是否找到解决方案 bool dfs(State *s, int depth, unordered_set<State *> &visited) { if (is_goal(s)) { return true; } else if (depth == 0) { return false; } vector<pair<int, int>> moves = get_moves(s); for (auto move : moves) { int r = move.first, c = move.second; State *new_state = NULL; if (generate_new_state(s, r, c, new_state)) { if (!is_visited(new_state, visited)) { visited.insert(new_state); if (dfs(new_state, depth-1, visited)) { return true; } } delete new_state; } } return false; } int main() { // 初始化拼图块的状态 State *start = new State; start->board[0][0] = 1; start->board[0][1] = 2; start->board[0][2] = 3; start->board[1][0] = 4; start->board[1][1] = 0; start->board[1][2] = 5; start->board[2][0] = 7; start->board[2][1] = 8; start->board[2][2] = 6; start->zero_row = 1; start->zero_col = 1; start->depth = 0; start->prev = NULL; unordered_set<State *> visited; visited.insert(start); for (int depth = 0; depth <= MAX_DEPTH; depth++) { if (dfs(start, depth, visited)) { cout << "Solution found at depth " << depth << endl; State *s = start; while (s != NULL) { print_state(s); s = s->prev; } return 0; } } cout << "Solution not found within depth " << MAX_DEPTH << endl; return 0; } ``` 在这个实现中,我们首先定义了一个 `State` 结构体,用于保存拼图块的状态和相关信息。然后定义了几个辅助函数,如判断当前状态是否为目标状态、复制当前状态、打印出拼图块的状态、找到空格可移动的方向、判断当前状态是否已被访问过、生成新的状态等。接着,定义了 `dfs` 函数,实现了有界深度优先搜索的过程。最后,在 `main` 函数中,我们初始化了拼图块的状态,并且依次调用 `dfs` 函数来搜索解决方案,直到找到或者超过最大深度限制。如果找到解决方案,我们打印出解决路径,否则打印出未找到解决方案的提示。
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