A*算法求解15数码问题的程序

时间: 2023-11-22 15:05:42 浏览: 57
以下是使用A*算法求解15数码问题的Python程序。 ```python import heapq class Puzzle: def __init__(self, state, parent, move, depth, cost): self.state = state self.parent = parent self.move = move self.depth = depth self.cost = cost self.id = self.create_id() def create_id(self): id = "" for i in range(16): id += str(self.state[i]) return id def __lt__(self, other): return self.cost < other.cost class Solver: def __init__(self, initial_state): self.initial_state = initial_state self.goal_state = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 0] self.goal_id = self.create_id(self.goal_state) def create_id(self, state): id = "" for i in range(16): id += str(state[i]) return id def solve(self): open_list = [] closed_list = {} state = self.initial_state puzzle = Puzzle(state, None, None, 0, 0) heapq.heappush(open_list, puzzle) while open_list: puzzle = heapq.heappop(open_list) closed_list[puzzle.id] = puzzle if puzzle.state == self.goal_state: return self.get_path(puzzle) moves = self.get_moves(puzzle) for move in moves: new_state = self.get_new_state(puzzle.state, move) new_puzzle = Puzzle(new_state, puzzle, move, puzzle.depth+1, self.get_cost(new_state)) new_id = new_puzzle.id if new_id in closed_list: continue heapq.heappush(open_list, new_puzzle) return None def get_moves(self, puzzle): moves = [] blank_index = puzzle.state.index(0) if blank_index > 3: moves.append(-4) if blank_index < 12: moves.append(4) if blank_index % 4 > 0: moves.append(-1) if blank_index % 4 < 3: moves.append(1) return moves def get_new_state(self, state, move): new_state = state[:] blank_index = new_state.index(0) swap_index = blank_index + move new_state[blank_index], new_state[swap_index] = new_state[swap_index], new_state[blank_index] return new_state def get_cost(self, state): cost = 0 for i in range(16): if state[i] == 0: continue goal_index = self.goal_state.index(state[i]) if i != goal_index: cost += 1 return cost def get_path(self, puzzle): path = [] while puzzle: path.append(puzzle.move) puzzle = puzzle.parent return path[::-1] # Example usage initial_state = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 0, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15] solver = Solver(initial_state) path = solver.solve() if path: print(path) else: print("No solution found") ``` 在上面的程序中,`Puzzle`类表示一个15数码问题的状态,包含了状态、父状态、移动方向、深度和代价。`Solver`类表示一个15数码问题的求解器,包含了初始状态、目标状态和目标状态的ID。`solve()`方法使用A*算法来求解问题,`get_moves()`方法获取当前状态可以进行的移动方向,`get_new_state()`方法根据移动方向得到新的状态,`get_cost()`方法计算代价,`get_path()`方法获取求解的路径。 在上面的例子中,初始状态是[1, 2, 3, 4, 5, 6, 0, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15],表示一个已经被打乱的15数码问题,程序会输出一个求解路径。

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