A*算法解决15数码问题_Python实现

时间: 2023-07-20 22:23:20 浏览: 50
好的,以下是A*算法解决15数码问题的Python实现: ```python from queue import PriorityQueue # 定义状态类 class State: def __init__(self, board, moves, previous): self.board = board self.moves = moves self.previous = previous # 定义优先级为移动步数加曼哈顿距离 def __lt__(self, other): return self.moves + self.manhattan_distance() < other.moves + other.manhattan_distance() # 计算曼哈顿距离 def manhattan_distance(self): distance = 0 for i in range(4): for j in range(4): if self.board[i][j] != 0: row = (self.board[i][j] - 1) // 4 column = (self.board[i][j] - 1) % 4 distance += abs(row - i) + abs(column - j) return distance # 定义15数码问题类 class FifteenPuzzle: def __init__(self, initial_board): self.initial_board = initial_board # 定义求解方法 def solve(self): start_state = State(self.initial_board, 0, None) frontier = PriorityQueue() frontier.put(start_state) explored = set() while not frontier.empty(): current_state = frontier.get() if current_state.board == [[1, 2, 3, 4], [5, 6, 7, 8], [9, 10, 11, 12], [13, 14, 15, 0]]: return current_state.moves explored.add(str(current_state.board)) for move, new_board in self.get_successors(current_state.board): if str(new_board) not in explored: new_state = State(new_board, current_state.moves + 1, current_state) frontier.put(new_state) # 定义获取后继状态的方法 def get_successors(self, board): successors = [] i, j = self.get_blank_position(board) if i > 0: new_board = self.get_board_copy(board) new_board[i][j], new_board[i-1][j] = new_board[i-1][j], new_board[i][j] successors.append(('up', new_board)) if i < 3: new_board = self.get_board_copy(board) new_board[i][j], new_board[i+1][j] = new_board[i+1][j], new_board[i][j] successors.append(('down', new_board)) if j > 0: new_board = self.get_board_copy(board) new_board[i][j], new_board[i][j-1] = new_board[i][j-1], new_board[i][j] successors.append(('left', new_board)) if j < 3: new_board = self.get_board_copy(board) new_board[i][j], new_board[i][j+1] = new_board[i][j+1], new_board[i][j] successors.append(('right', new_board)) return successors # 定义获取空白格位置的方法 def get_blank_position(self, board): for i in range(4): for j in range(4): if board[i][j] == 0: return i, j # 定义获取棋盘复制品的方法 def get_board_copy(self, board): return [row[:] for row in board] # 测试 initial_board = [[5, 1, 2, 4], [9, 6, 3, 8], [13, 10, 11, 12], [0, 14, 15, 7]] puzzle = FifteenPuzzle(initial_board) moves = puzzle.solve() print(moves) ``` 以上代码实现了A*算法求解15数码问题的功能,可以通过测试数据进行验证。

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