python实现（给出完整代码，代码给出详细注释）：有两个无刻度标志的水壶，分别可装5升和4升的水。设另有一水缸(量程未知)，可用来向这两个水壶灌水或倒出水，两个水壶之间，水也可以相互倾灌。已知5升壶和4升壶都为空壶，如何通过倒水或灌水操作，最后使能在4升壶中量出2升的水。要求最后输出初始状态、目标状态以及操作集合和最后的状态（两个水壶的水量） 最后，请给出相应的状态空间描述(状态集合、初始状态和目标状态操作集合)，并画出状态空间图

以下是实现该问题的 Python 代码，注释已经详细说明了每一步的操作：

# 定义两个壶的容量
capacity_a = 5
capacity_b = 4

# 初始化两个壶的水量为0
current_a = 0
current_b = 0

# 定义目标状态
target = 2

# 定义操作集合
operations = []

# 定义状态集合
states = set()

# 添加初始状态
states.add((current_a, current_b))

# 定义辅助函数，用于判断当前状态是否为目标状态
def is_target_state(current_b):
    return current_b == target

# 定义辅助函数，用于判断是否已经访问过当前状态
def is_visited_state(current_a, current_b):
    return (current_a, current_b) in states

# 定义辅助函数，用于执行倒水操作
def pour(from_jug, to_jug, jug_capacity, current_from, current_to):
    # 计算当前壶的可倒水量
    pour_amount = min(current_from, jug_capacity-current_to)
    
    # 更新两个壶的水量
    current_from -= pour_amount
    current_to += pour_amount
    
    # 添加操作记录到操作集合中
    operations.append(f"Pour {pour_amount} from {from_jug} to {to_jug}")
    
    # 添加状态到状态集合中
    states.add((current_a, current_b))
    
    # 返回更新后的水量
    return current_from, current_to

# 定义辅助函数，用于执行灌水操作
def fill(jug, jug_capacity, current):
    # 计算当前壶的可灌水量
    fill_amount = jug_capacity - current
    
    # 更新壶的水量
    current += fill_amount
    
    # 添加操作记录到操作集合中
    operations.append(f"Fill {jug}")
    
    # 添加状态到状态集合中
    states.add((current_a, current_b))
    
    # 返回更新后的水量
    return current

# 定义辅助函数，用于执行倒掉水操作
def empty(jug, current):
    # 将壶的水量更新为0
    current = 0
    
    # 添加操作记录到操作集合中
    operations.append(f"Empty {jug}")
    
    # 添加状态到状态集合中
    states.add((current_a, current_b))
    
    # 返回更新后的水量
    return current

# 定义搜索函数
def search(current_a, current_b):
    # 如果当前状态是目标状态，直接返回
    if is_target_state(current_b):
        return True
    
    # 将当前状态标记为已访问
    states.add((current_a, current_b))

    # 尝试所有可能的操作
    if current_a > 0:
        # 倒掉A壶中的水
        new_a = empty("A", current_a)
        if not is_visited_state(new_a, current_b):
            # 如果新状态没有被访问过，继续搜索
            if search(new_a, current_b):
                return True
                
        # 倒水到B壶中
        new_a, new_b = pour("A", "B", capacity_b, current_a, current_b)
        if not is_visited_state(new_a, new_b):
            # 如果新状态没有被访问过，继续搜索
            if search(new_a, new_b):
                return True
                
    if current_b > 0:
        # 倒掉B壶中的水
        new_b = empty("B", current_b)
        if not is_visited_state(current_a, new_b):
            # 如果新状态没有被访问过，继续搜索
            if search(current_a, new_b):
                return True
                
        # 倒水到A壶中
        new_a, new_b = pour("B", "A", capacity_a, current_b, current_a)
        if not is_visited_state(new_a, new_b):
            # 如果新状态没有被访问过，继续搜索
            if search(new_a, new_b):
                return True

    return False

# 执行搜索
search(current_a, current_b)

# 输出结果
print("Initial State:", (0, 0))
print("Target State:", (current_a, current_b))
print("Operations:", operations)

状态空间描述如下：

- 状态集合：所有可能的两个壶中的水量状态，例如 (0, 0), (1, 0), (2, 1) 等。
- 初始状态：两个壶的水量均为0，即 (0, 0)。
- 目标状态：4升壶中的水量为2升，即 (x, 2)，其中 x 表示5升壶中的水量。
- 操作集合：每次可以执行的操作有：倒掉A壶中的水、倒掉B壶中的水、将A壶中的水倒入B壶中、将B壶中的水倒入A壶中、将A壶灌满水、将B壶灌满水。