写出解决问题的程序,使用Python

时间: 2024-10-29 19:03:49 浏览: 5
为了实现启发式搜索算法解决八数码难题,我们可以按照以下步骤编写Python代码: ### 八数码问题描述 - **目标状态**:`[1, 2, 3, 8, 0, 4, 7, 6, 5]` - **初始状态**:可以通过用户输入来设置 ### 数据结构 - 使用二维列表表示棋盘状态 - `OPEN` 表和 `CLOSED` 表可以分别用优先队列(最小堆)和列表来实现 ### 估价函数 - 总代价函数 \( f(n) = g(n) + h(n) \),其中 \( g(n) \) 是从初始状态到当前状态的实际路径代价,\( h(n) \) 是启发式估计代价 ### Python 实现 ```python import heapq # 定义目标状态 GOAL_STATE = [[1, 2, 3], [8, 0, 4], [7, 6, 5]] # 计算曼哈顿距离 def manhattan_distance(state): distance = 0 for i in range(3): for j in range(3): if state[i][j] != 0: target_i, target_j = divmod(state[i][j] - 1, 3) distance += abs(i - target_i) + abs(j - target_j) return distance # 获取空格位置 def get_blank_position(state): for i in range(3): for j in range(3): if state[i][j] == 0: return i, j # 生成所有可能的后续状态 def generate_successors(state): successors = [] blank_i, blank_j = get_blank_position(state) directions = [(0, 1), (1, 0), (-1, 0), (0, -1)] for di, dj in directions: new_i, new_j = blank_i + di, blank_j + dj if 0 <= new_i < 3 and 0 <= new_j < 3: new_state = [row[:] for row in state] new_state[blank_i][blank_j], new_state[new_i][new_j] = new_state[new_i][new_j], new_state[blank_i][blank_j] successors.append(new_state) return successors # A* 搜索算法 def a_star_search(initial_state): # 初始化 OPEN 表和 CLOSED 表 open_list = [] closed_set = set() # 将初始状态加入 OPEN 表 initial_f = manhattan_distance(initial_state) heapq.heappush(open_list, (initial_f, 0, initial_state, [])) while open_list: _, g, current_state, path = heapq.heappop(open_list) if current_state == GOAL_STATE: return path + [current_state] if tuple(map(tuple, current_state)) in closed_set: continue closed_set.add(tuple(map(tuple, current_state))) for successor in generate_successors(current_state): if tuple(map(tuple, successor)) not in closed_set: new_g = g + 1 new_f = new_g + manhattan_distance(successor) heapq.heappush(open_list, (new_f, new_g, successor, path + [current_state])) return None # 主函数 if __name__ == "__main__": # 输入初始状态 initial_state = [] print("请输入初始状态,每行三个数字,空格用0表示:") for _ in range(3): row = list(map(int, input().split())) initial_state.append(row) # 搜索并输出结果 solution = a_star_search(initial_state) if solution: print("找到解决方案:") for step in solution: for row in step: print(row) print() else: print("没有找到解决方案。") ``` ### 说明 1. **曼哈顿距离**:用于计算每个数字离目标位置的距离。 2. **A* 搜索算法**:结合了实际代价 \( g(n) \) 和启发式代价 \( h(n) \) 来选择最优路径。 3. **优先队列**:使用 `heapq` 模块实现,保证每次取出的是当前最优的节点。 4. **用户输入**:通过控制台输入初始状态,方便测试不同的起始点。 希望这段代码能帮助你理解和实现启发式搜索算法解决八数码难题。如果有任何问题,请随时提问!
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