A*算法求解八数码难题(python实现)

时间: 2023-07-10 14:31:10 浏览: 82
好的,以下是Python实现A*算法求解八数码难题的代码: ```python import heapq # 定义状态类 class PuzzleState: def __init__(self, board, goal, moves=0): self.board = board self.goal = goal self.moves = moves # 计算当前状态的哈曼顿距离 def manhattan_distance(self): distance = 0 for i in range(3): for j in range(3): if self.board[i][j] == 0: continue distance += abs(i - (self.board[i][j] - 1) // 3) + abs(j - (self.board[i][j] - 1) % 3) return distance # 定义状态比较函数,用于堆排序 def __lt__(self, other): return self.moves + self.manhattan_distance() < other.moves + other.manhattan_distance() # 判断当前状态是否为目标状态 def is_goal(self): return self.board == self.goal # 生成当前状态的所有合法后继状态 def generate_successors(self): successors = [] i, j = next((i, j) for i in range(3) for j in range(3) if self.board[i][j] == 0) for x, y in ((i - 1, j), (i + 1, j), (i, j - 1), (i, j + 1)): if 0 <= x < 3 and 0 <= y < 3: successor = [row[:] for row in self.board] successor[i][j], successor[x][y] = successor[x][y], successor[i][j] successors.append(PuzzleState(successor, self.goal, self.moves + 1)) return successors # 定义A*搜索函数 def solve_puzzle(start, goal): frontier = [start] heapq.heapify(frontier) explored = set() while frontier: state = heapq.heappop(frontier) if state.is_goal(): return state.moves, explored explored.add(str(state.board)) for successor in state.generate_successors(): if str(successor.board) not in explored: heapq.heappush(frontier, successor) return None # 测试代码 start = [[2, 8, 3], [1, 6, 4], [7, 0, 5]] goal = [[1, 2, 3], [8, 0, 4], [7, 6, 5]] start_state = PuzzleState(start, goal) moves, explored = solve_puzzle(start_state, goal) print("Minimum number of moves:", moves) print("Number of explored states:", len(explored)) ``` 其中,`PuzzleState`类表示八数码难题的一个状态,包含当前棋盘状态`board`、目标状态`goal`和已经移动的步数`moves`。`manhattan_distance`方法计算当前状态和目标状态之间的哈曼顿距离,用于A*算法的估价函数。`__lt__`方法定义状态比较函数,用于堆排序。`is_goal`方法判断当前状态是否为目标状态。`generate_successors`方法生成当前状态的所有合法后继状态。`solve_puzzle`函数实现A*算法的搜索过程,返回最少移动步数和搜索过的状态数量。测试代码给出了一个初始状态和目标状态,可以根据需要修改。

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