python制作一个可用广度优先算法,深度优先算法和A*算法解决九宫重排问题,要求自己输入初始状态和最终状态

时间: 2023-11-18 20:09:09 浏览: 34
好的,我可以为您提供一个Python程序,实现九宫重排问题的广度优先搜索算法、深度优先搜索算法和A*搜索算法。 其中,广度优先搜索算法和深度优先搜索算法是经典的搜索算法,A*搜索算法则是一种启发式搜索算法,它在保证完备性和最优性的前提下,能够提高搜索效率。 下面是程序的实现,其中包含了三个类,分别是`Node`、`Puzzle`和`Solver`。 - `Node`类表示状态节点,包含了当前状态、父节点、操作序列和状态评估函数等信息。 - `Puzzle`类表示九宫重排问题,包含了初始状态、目标状态和状态转移函数等信息。 - `Solver`类表示求解器,包含了广度优先搜索算法、深度优先搜索算法和A*搜索算法等方法。 程序中使用了Python的`queue`模块实现队列,以及`heapq`模块实现堆。 ```python import queue import heapq class Node: def __init__(self, state, parent=None, action=None, cost=0, heuristic=0): self.state = state self.parent = parent self.action = action self.cost = cost self.heuristic = heuristic def __lt__(self, other): return self.cost + self.heuristic < other.cost + other.heuristic class Puzzle: def __init__(self, start, goal): self.start = start self.goal = goal def actions(self, state): i = state.index(0) if i == 0: return [1, 3] elif i == 1: return [0, 2, 4] elif i == 2: return [1, 5] elif i == 3: return [0, 4, 6] elif i == 4: return [1, 3, 5, 7] elif i == 5: return [2, 4, 8] elif i == 6: return [3, 7] elif i == 7: return [4, 6, 8] elif i == 8: return [5, 7] def result(self, state, action): i = state.index(0) j = state.index(action) new_state = list(state) new_state[i], new_state[j] = new_state[j], new_state[i] return tuple(new_state) def heuristic(self, state): return sum(abs(i // 3 - j // 3) + abs(i % 3 - j % 3) for i, j in ((state.index(i), self.goal.index(i)) for i in range(1, 9))) class Solver: def __init__(self, puzzle): self.puzzle = puzzle def bfs(self): start_node = Node(self.puzzle.start) if start_node.state == self.puzzle.goal: return start_node frontier = queue.Queue() frontier.put(start_node) explored = set() while not frontier.empty(): node = frontier.get() explored.add(node.state) for action in self.puzzle.actions(node.state): child_state = self.puzzle.result(node.state, action) if child_state not in explored: child_node = Node(child_state, node, action, node.cost + 1) if child_node.state == self.puzzle.goal: return child_node frontier.put(child_node) return None def dfs(self): start_node = Node(self.puzzle.start) if start_node.state == self.puzzle.goal: return start_node frontier = [start_node] explored = set() while frontier: node = frontier.pop() explored.add(node.state) for action in self.puzzle.actions(node.state): child_state = self.puzzle.result(node.state, action) if child_state not in explored: child_node = Node(child_state, node, action, node.cost + 1) if child_node.state == self.puzzle.goal: return child_node frontier.append(child_node) return None def astar(self): start_node = Node(self.puzzle.start, None, None, 0, self.puzzle.heuristic(self.puzzle.start)) if start_node.state == self.puzzle.goal: return start_node frontier = [] heapq.heappush(frontier, start_node) explored = set() while frontier: node = heapq.heappop(frontier) explored.add(node.state) for action in self.puzzle.actions(node.state): child_state = self.puzzle.result(node.state, action) if child_state not in explored: child_node = Node(child_state, node, action, node.cost + 1, self.puzzle.heuristic(child_state)) if child_node.state == self.puzzle.goal: return child_node heapq.heappush(frontier, child_node) return None def solve(self, algorithm): if algorithm == 'bfs': return self.bfs() elif algorithm == 'dfs': return self.dfs() elif algorithm == 'astar': return self.astar() else: raise ValueError('Invalid algorithm') ``` 接下来,我们可以使用以下代码进行测试: ```python start_state = tuple(map(int, input('Enter the start state: ').split())) goal_state = tuple(map(int, input('Enter the goal state: ').split())) puzzle = Puzzle(start_state, goal_state) solver = Solver(puzzle) algorithm = input('Enter the algorithm (bfs, dfs or astar): ') node = solver.solve(algorithm) if node is None: print('No solution found') else: path = [] while node is not None: path.append(node.action) node = node.parent path.reverse() print('Solution:', path) ``` 在程序运行时,首先输入初始状态和目标状态,然后输入选择的算法(`bfs`表示广度优先搜索算法,`dfs`表示深度优先搜索算法,`astar`表示A*搜索算法)。 程序输出最优解的操作序列,如果找不到解,则输出`No solution found`。 注意:为了方便输入,初始状态和目标状态需要按照从左到右、从上到下的顺序,依次输入每个数字,其中0表示空格。例如,输入`1 2 3 4 5 6 7 8 0`表示初始状态为: ``` 1 2 3 4 5 6 7 8 ``` 输入`1 2 3 4 5 6 7 8 0`表示目标状态为: ``` 1 2 3 4 5 6 7 8 ``` 希望这个程序能够帮助到你。

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