A*算法解决8数码问题Python代码

时间: 2023-10-30 11:08:47 浏览: 51
以下是一个基于A*算法的解决8数码问题的Python代码示例: ```python from queue import PriorityQueue # 定义8数码问题的初始状态和目标状态 initial_state = [[2, 8, 3], [1, 6, 4], [7, 0, 5]] goal_state = [[1, 2, 3], [8, 0, 4], [7, 6, 5]] # 定义一个字典来记录每个数字所在的位置 positions = {} for i in range(3): for j in range(3): positions[goal_state[i][j]] = (i, j) # 定义一个函数来计算当前状态和目标状态之间的曼哈顿距离 def manhattan_distance(state): distance = 0 for i in range(3): for j in range(3): if state[i][j] != 0: goal_position = positions[state[i][j]] distance += abs(i - goal_position[0]) + abs(j - goal_position[1]) return distance # 定义一个函数来检查当前状态是否为目标状态 def is_goal(state): return state == goal_state # 定义一个函数来生成当前状态的所有合法子状态 def generate_states(state): states = [] zero_position = None for i in range(3): for j in range(3): if state[i][j] == 0: zero_position = (i, j) break if zero_position[0] > 0: new_state = [row[:] for row in state] new_state[zero_position[0]][zero_position[1]] = new_state[zero_position[0]-1][zero_position[1]] new_state[zero_position[0]-1][zero_position[1]] = 0 states.append(new_state) if zero_position[0] < 2: new_state = [row[:] for row in state] new_state[zero_position[0]][zero_position[1]] = new_state[zero_position[0]+1][zero_position[1]] new_state[zero_position[0]+1][zero_position[1]] = 0 states.append(new_state) if zero_position[1] > 0: new_state = [row[:] for row in state] new_state[zero_position[0]][zero_position[1]] = new_state[zero_position[0]][zero_position[1]-1] new_state[zero_position[0]][zero_position[1]-1] = 0 states.append(new_state) if zero_position[1] < 2: new_state = [row[:] for row in state] new_state[zero_position[0]][zero_position[1]] = new_state[zero_position[0]][zero_position[1]+1] new_state[zero_position[0]][zero_position[1]+1] = 0 states.append(new_state) return states # 定义一个类来表示每个搜索节点 class Node: def __init__(self, state, parent=None): self.state = state self.parent = parent self.g = 0 if parent is None else parent.g + 1 self.h = manhattan_distance(state) self.f = self.g + self.h # 定义节点之间的比较方式,用于优先队列的排序 def __lt__(self, other): return self.f < other.f # 定义一个函数来解决8数码问题 def solve(): # 初始化起始节点和优先队列 start_node = Node(initial_state) frontier = PriorityQueue() frontier.put(start_node) explored = set() while not frontier.empty(): # 取出队列中的第一个节点 current_node = frontier.get() # 检查当前节点是否为目标状态 if is_goal(current_node.state): path = [] while current_node is not None: path.append(current_node.state) current_node = current_node.parent return path[::-1] # 将当前节点加入已探索集合 explored.add(tuple(map(tuple, current_node.state))) # 生成当前节点的所有子节点 for state in generate_states(current_node.state): # 检查子节点是否已经被探索过 if tuple(map(tuple, state)) not in explored: # 将子节点加入优先队列 frontier.put(Node(state, current_node)) return None # 解决8数码问题并输出解路径 path = solve() for state in path: print(state) ``` 该代码实现了A*算法来搜索8数码问题的解,并输出了解路径。在代码中,我们首先定义了8数码问题的初始状态和目标状态,然后定义了一个字典来记录每个数字所在的位置,以便计算曼哈顿距离。接着定义了几个函数来计算曼哈顿距离、检查当前状态是否为目标状态、生成当前状态的所有合法子状态等。最后,我们定义了一个Node类来表示每个搜索节点,并使用优先队列来实现A*算法的搜索过程。

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