八数码问题a*算法python

八数码问题是一种经典的搜索问题，可以使用A*算法来解决。以下是一个使用Python实现的八数码问题A*算法的示例代码：

from queue import PriorityQueue

# 用于表示八数码问题中的状态
class State:
    def __init__(self, board):
        self.board = board
        self.moves = []

    # 获取当前状态的估价函数值
    def heuristic(self):
        # 计算曼哈顿距离
        distance = 0
        for i in range(3):
            for j in range(3):
                if self.board[i][j] != 0:
                    row = (self.board[i][j] - 1) // 3
                    col = (self.board[i][j] - 1) % 3
                    distance += abs(row - i) + abs(col - j)
        return distance

    # 获取当前状态是否为目标状态
    def is_goal(self):
        return self.board == [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 0]]

    # 获取当前状态的后继状态
    def successors(self):
        moves = []
        i, j = self.get_blank_position()
        if i > 0:
            move = self.move_blank(i, j, i - 1, j)
            moves.append(move)
        if i < 2:
            move = self.move_blank(i, j, i + 1, j)
            moves.append(move)
        if j > 0:
            move = self.move_blank(i, j, i, j - 1)
            moves.append(move)
        if j < 2:
            move = self.move_blank(i, j, i, j + 1)
            moves.append(move)
        return moves

    # 获取当前状态中的空白位置
    def get_blank_position(self):
        for i in range(3):
            for j in range(3):
                if self.board[i][j] == 0:
                    return i, j

    # 移动空白位置
    def move_blank(self, i1, j1, i2, j2):
        new_board = [row[:] for row in self.board]
        new_board[i1][j1], new_board[i2][j2] = new_board[i2][j2], new_board[i1][j1]
        new_state = State(new_board)
        new_state.moves = self.moves + [(i1, j1, i2, j2)]
        return new_state

    # 获取当前状态的代价
    def cost(self):
        return len(self.moves)

    # 重载小于运算符，用于优先队列中的比较
    def __lt__(self, other):
        return self.cost() + self.heuristic() < other.cost() + other.heuristic()

# A*算法
def astar(start_state):
    # 创建优先队列
    pq = PriorityQueue()
    # 将初始状态加入队列
    pq.put(start_state)
    # 创建已访问状态集合
    visited = set()
    # 循环搜索
    while not pq.empty():
        # 取出队列中的当前状态
        state = pq.get()
        # 如果当前状态已经访问过，跳过
        if str(state.board) in visited:
            continue
        # 将当前状态标记为已访问
        visited.add(str(state.board))
        # 如果当前状态为目标状态，返回结果
        if state.is_goal():
            return state.moves
        # 获取当前状态的后继状态
        successors = state.successors()
        # 将后继状态加入优先队列中
        for s in successors:
            if str(s.board) not in visited:
                pq.put(s)
    # 如果搜索失败，返回空列表
    return []

# 测试
board = [[2, 3, 6], [1, 5, 0], [4, 7, 8]]
start_state = State(board)
moves = astar(start_state)
print(moves)

在上述代码中，State类表示八数码问题中的状态，包含当前状态的棋盘布局和到达当前状态所需的移动序列。heuristic()方法计算当前状态的估价函数值，即曼哈顿距离；is_goal()方法判断当前状态是否为目标状态；successors()方法获取当前状态的后继状态；get_blank_position()方法获取当前状态中的空白位置；move_blank()方法移动空白位置；cost()方法获取当前状态的代价，即到达当前状态所需的移动步数；__lt__()方法重载小于运算符，用于优先队列中的比较。astar()函数是A*算法的实现，使用优先队列来保存待访问的状态，使用visited集合来保存已访问过的状态。在搜索过程中，每次从优先队列中取出当前状态，将其后继状态加入优先队列中，直到找到目标状态或队列为空为止。最后，将搜索到的移动序列输出。