python制作一个框架,可用BFS DFS与A*三种方法解决九宫重排问题,要求初始状态和最终状态由自己决定

时间: 2024-02-09 11:08:45 浏览: 112
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状态空间表示法-人工智能教学

好的,这里是一个 Python 框架,可以使用 BFS、DFS 和 A* 三种算法来解决九宫重排问题。在这个框架中,您可以自行设定起始状态和目标状态。 ```python from queue import Queue from collections import deque class Node: def __init__(self, state, parent=None, action=None, cost=0): self.state = state self.parent = parent self.action = action self.cost = cost def __eq__(self, other): return self.state == other.state def __hash__(self): return hash(str(self.state)) def __str__(self): return str(self.state) def expand(self): successors = [] zero_pos = self.state.index(0) if zero_pos > 2: new_state = self.state.copy() new_state[zero_pos], new_state[zero_pos - 3] = new_state[zero_pos - 3], new_state[zero_pos] successors.append(Node(new_state, self, 'up', self.cost+1)) if zero_pos < 6: new_state = self.state.copy() new_state[zero_pos], new_state[zero_pos + 3] = new_state[zero_pos + 3], new_state[zero_pos] successors.append(Node(new_state, self, 'down', self.cost+1)) if zero_pos % 3 > 0: new_state = self.state.copy() new_state[zero_pos], new_state[zero_pos - 1] = new_state[zero_pos - 1], new_state[zero_pos] successors.append(Node(new_state, self, 'left', self.cost+1)) if zero_pos % 3 < 2: new_state = self.state.copy() new_state[zero_pos], new_state[zero_pos + 1] = new_state[zero_pos + 1], new_state[zero_pos] successors.append(Node(new_state, self, 'right', self.cost+1)) return successors def is_goal(self, goal): return self.state == goal def bfs(start, goal): frontier = Queue() frontier.put(start) explored = set() while not frontier.empty(): node = frontier.get() if node.is_goal(goal): return node explored.add(node) for child in node.expand(): if child not in explored and child not in frontier.queue: frontier.put(child) def dfs(start, goal): frontier = deque() frontier.append(start) explored = set() while frontier: node = frontier.pop() if node.is_goal(goal): return node explored.add(node) for child in node.expand()[::-1]: if child not in explored and child not in frontier: frontier.append(child) def astar(start, goal): frontier = [] frontier.append(start) explored = set() while frontier: frontier.sort(key=lambda x: x.cost + heuristic(x.state, goal)) node = frontier.pop(0) if node.is_goal(goal): return node explored.add(node) for child in node.expand(): if child not in explored and child not in frontier: frontier.append(child) def heuristic(state, goal): return sum(abs(b%3 - g%3) + abs(b//3 - g//3) for b, g in ((state.index(i), goal.index(i)) for i in range(1, 9))) # Example usage start_state = Node([1, 2, 3, 4, 5, 6, 0, 7, 8]) goal_state = Node([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 0]) bfs_result = bfs(start_state, goal_state) dfs_result = dfs(start_state, goal_state) astar_result = astar(start_state, goal_state) print('BFS solution:', [node.action for node in bfs_result.path()]) print('DFS solution:', [node.action for node in dfs_result.path()]) print('A* solution:', [node.action for node in astar_result.path()])) ``` 在这个框架中,我们定义了一个 Node 类来表示每个状态,其中包含以下属性: - state:表示当前的状态列表。 - parent:表示当前状态的父状态。 - action:表示从父状态到当前状态的操作。 - cost:表示从起始状态到当前状态的代价。 我们还定义了三个函数,分别使用 BFS、DFS 和 A* 算法来搜索状态空间,并找到从起始状态到目标状态的最短路径。最后,我们打印出每个算法的解决方案。 注意:在使用 A* 算法时,我们还定义了一个启发式函数 heuristic,以估计从当前状态到目标状态的距离。在这个框架中,我们使用曼哈顿距离作为启发式函数。您可以根据需要修改启发式函数,以获得更好的性能。
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