八数码难题代码及其注释

时间: 2023-06-02 15:01:44 浏览: 52
这里提供一份 Python 代码及其注释,用来求解八数码难题。 # 八数码难题代码及其注释 # 定义一个八数码类 class EightPuzzle: # 初始化函数,输入初始状态和目标状态 def __init__(self, init_state, goal_state): self.init_state = init_state self.goal_state = goal_state self.width = 3 # 定义八数码矩阵的宽度 self.actions = ['Up', 'Down', 'Left', 'Right'] # 定义可行的操作 # 定义状态转换函数,返回一个新状态 def move(self, state, action): new_state = state.copy() # 复制当前状态 index = new_state.index(0) # 找到空格的位置 if action == 'Up' and index > self.width - 1: new_state[index], new_state[index - self.width] = new_state[index - self.width], new_state[index] elif action == 'Down' and index < len(state) - self.width: new_state[index], new_state[index + self.width] = new_state[index + self.width], new_state[index] elif action == 'Left' and index % self.width != 0: new_state[index], new_state[index - 1] = new_state[index - 1], new_state[index] elif action == 'Right' and (index + 1) % self.width != 0: new_state[index], new_state[index + 1] = new_state[index + 1], new_state[index] else: return None # 如果操作不可行,返回 None return new_state # 定义状态比较函数 def state_equal(self, state1, state2): return state1 == state2 # 定义启发函数,使用曼哈顿距离 def heuristic(self, state): distance = 0 for i in range(self.width): for j in range(self.width): value = state[i * self.width + j] if value != 0: goal_i = (value - 1) // self.width goal_j = (value - 1) % self.width distance += abs(i - goal_i) + abs(j - goal_j) return distance # 定义 A* 算法 def A_star(self): open_list = [(self.init_state, 0, self.heuristic(self.init_state))] # 存储未扩展的结点,包括状态、代价和启发值 closed_list = [] # 存储已经扩展的结点 parent = {self.init_state: None} # 存储每个状态的父结点,用于还原路径 while open_list: current_state, current_cost, current_heuristic = min(open_list, key=lambda x: x[1] + x[2]) # 选择代价和启发值之和最小的结点进行扩展 open_list.remove((current_state, current_cost, current_heuristic)) closed_list.append(current_state) if self.state_equal(current_state, self.goal_state): # 如果当前状态为目标状态,则返回路径 path = [current_state] while parent[path[0]] is not None: path.insert(0, parent[path[0]]) return path for action in self.actions: # 扩展所有可行的操作 new_state = self.move(current_state, action) if new_state is not None and new_state not in closed_list: # 如果新状态可行且未被扩展过,则加入 open_list 中 new_cost = current_cost + 1 new_heuristic = self.heuristic(new_state) if (new_state, new_cost, new_heuristic) not in open_list: open_list.append((new_state, new_cost, new_heuristic)) parent[new_state] = current_state return None # 如果 open_list 为空,说明无法到达目标状态,返回 None # 测试代码 if __name__ == '__main__': init_state = [2, 8, 3, 1, 6, 4, 7, 0, 5] goal_state = [1, 2, 3, 8, 0, 4, 7, 6, 5] puzzle = EightPuzzle(init_state, goal_state) path = puzzle.A_star() if path is not None: for state in path: print(state) else: print('No solution')

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