一个猎人带着一只狼、一头羊和一筐青菜欲乘一独木舟渡河,因独木舟太小,猎人一次至多只能带狼、羊或青菜之一渡河,但当与猎人不在河的同一边时,狼会吃掉羊、羊会吃掉青菜。试设计一个算法,帮猎人寻找一种渡河的次序让其不受损失地将狼、羊和青菜带过河去?用Java实现回溯法算法设计分析
时间: 2024-02-04 10:01:52 浏览: 12
这是一个经典的河边渡船问题,可以使用回溯法求解。算法的思路如下:
1. 定义状态:用一个长度为4的数组state[]来表示当前状态,其中state[0]表示猎人所在的位置(1代表猎人在左岸,0代表在右岸),state[1]表示狼的位置,state[2]表示羊的位置,state[3]表示青菜的位置。
2. 定义目标状态:state[]={0,0,0,0},即所有物品都在右岸。
3. 定义约束条件:当羊和青菜在同一岸时,狼不能在同一岸;当猎人不在同一岸时,羊不能和青菜在同一岸。
4. 设计回溯函数backtrack(int[] state, List<String> path):该函数用来搜索所有可能的状态,并记录路径。参数state表示当前状态,path表示当前路径。
5. 在回溯函数中,首先判断当前状态是否符合约束条件。如果不符合,则直接返回。如果符合,则判断是否为目标状态。如果是目标状态,则记录路径并返回。如果不是目标状态,则依次尝试将猎人、狼、羊、青菜中的一个物品带到对岸。对于每个尝试,都递归调用回溯函数进行搜索,并记录路径。
6. 最后返回所有符合目标状态的路径。
下面给出Java代码实现:
```java
import java.util.*;
public class RiverCrossing {
private static final int HUNTER = 0;
private static final int WOLF = 1;
private static final int SHEEP = 2;
private static final int VEGETABLES = 3;
private static final int LEFT = 1;
private static final int RIGHT = 0;
private static final String[] ITEMS = {"猎人", "狼", "羊", "青菜"};
private List<List<String>> result = new ArrayList<>();
public List<List<String>> findPath() {
int[] state = {LEFT, LEFT, LEFT, LEFT};
List<String> path = new ArrayList<>();
backtrack(state, path);
return result;
}
private void backtrack(int[] state, List<String> path) {
if (!isValid(state)) return;
if (isTarget(state)) {
result.add(new ArrayList<>(path));
return;
}
for (int i = 0; i < 4; i++) {
if (state[HUNTER] == state[i]) {
int[] newState = Arrays.copyOf(state, 4);
newState[HUNTER] = 1 - newState[HUNTER];
newState[i] = 1 - newState[i];
String move = ITEMS[i] + (newState[HUNTER] == LEFT ? " -> 右岸" : " -> 左岸");
path.add(move);
backtrack(newState, path);
path.remove(path.size() - 1);
}
}
}
private boolean isValid(int[] state) {
if (state[WOLF] == state[SHEEP] && state[HUNTER] != state[WOLF]) return false;
if (state[SHEEP] == state[VEGETABLES] && state[HUNTER] != state[SHEEP]) return false;
return true;
}
private boolean isTarget(int[] state) {
return state[HUNTER] == RIGHT && state[WOLF] == RIGHT && state[SHEEP] == RIGHT && state[VEGETABLES] == RIGHT;
}
}
```
使用时,创建RiverCrossing对象并调用findPath()方法即可。这个算法的时间复杂度较高,因为需要搜索所有可能的状态,但是对于这个问题来说,状态空间并不大,因此可以接受。