python写出A*算法求解八数码问题

时间: 2023-12-02 09:04:33 浏览: 34
好的,下面是Python实现的A*算法求解八数码问题的代码: ```python import heapq class PuzzleNode: def __init__(self, state, g, h, parent): self.state = state self.g = g self.h = h self.parent = parent def f(self): return self.g + self.h def __lt__(self, other): return self.f() < other.f() def get_blank_pos(state): for i in range(3): for j in range(3): if state[i][j] == 0: return (i, j) def get_manhattan_dist(state): dist = 0 for i in range(3): for j in range(3): if state[i][j] != 0: target_i = (state[i][j] - 1) // 3 target_j = (state[i][j] - 1) % 3 dist += abs(i - target_i) + abs(j - target_j) return dist def get_neighbors(state): i, j = get_blank_pos(state) neighbors = [] if i > 0: new_state = [row[:] for row in state] new_state[i][j], new_state[i-1][j] = new_state[i-1][j], new_state[i][j] neighbors.append(new_state) if i < 2: new_state = [row[:] for row in state] new_state[i][j], new_state[i+1][j] = new_state[i+1][j], new_state[i][j] neighbors.append(new_state) if j > 0: new_state = [row[:] for row in state] new_state[i][j], new_state[i][j-1] = new_state[i][j-1], new_state[i][j] neighbors.append(new_state) if j < 2: new_state = [row[:] for row in state] new_state[i][j], new_state[i][j+1] = new_state[i][j+1], new_state[i][j] neighbors.append(new_state) return neighbors def a_star(initial_state): start_node = PuzzleNode(initial_state, 0, get_manhattan_dist(initial_state), None) heap = [start_node] visited = set() while heap: curr_node = heapq.heappop(heap) if curr_node.state == [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 0]]: return curr_node visited.add(tuple(map(tuple, curr_node.state))) for neighbor_state in get_neighbors(curr_node.state): if tuple(map(tuple, neighbor_state)) not in visited: neighbor_node = PuzzleNode(neighbor_state, curr_node.g+1, get_manhattan_dist(neighbor_state), curr_node) heapq.heappush(heap, neighbor_node) return None def print_solution(node): if node is None: print("No solution found.") else: path = [] while node: path.append(node.state) node = node.parent path.reverse() for state in path: for row in state: print(row) print() initial_state = [[1, 2, 3], [4, 0, 6], [7, 5, 8]] solution_node = a_star(initial_state) print_solution(solution_node) ``` 在上面的代码中,`PuzzleNode`类表示八数码问题中的状态节点,包含当前状态、从起始状态到当前状态的代价`g`、从当前状态到目标状态的估价`h`和父节点。`get_blank_pos`函数返回当前状态中空白格子的位置,`get_manhattan_dist`函数计算当前状态到目标状态的曼哈顿距离,`get_neighbors`函数返回当前状态的所有合法后继状态。`a_star`函数实现A*算法,使用堆来维护状态节点的优先级队列。`print_solution`函数输出找到的解路径。在程序中,我们使用目标状态是`[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 0]]`来表示八数码问题的目标状态。最后,我们以`[[1, 2, 3], [4, 0, 6], [7, 5, 8]]`作为初始状态调用`a_star`函数来求解八数码问题,并输出解路径。

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