帮同学写的八数码，启发式搜索
创建两个表open，close,分别用的stl中的优先队列priority_queue和map,好久没写过代码了，bug调了半天
1 #include <iostream>
2 #include <cstdio>
3 #include <cstring>
4 #include <set>
5 #include <queue>
6 #include <algorithm>
7 #include <vector>
8 #include <map>
9 #include <time.h>
10 using namespace std;
11 struct Item //每一个状态
12 {
13 int state[3][3];
14 int Pre; //父状态在path中的下标
15 int F,G,H; //估计函数 F=G+H
16 Item(int state[][3],int Pre,int G,int H) //构造函数
17 {
18 this->Pre=Pre;
19 this->G=G;
20 this->H=H;
21 this->F=G+H;
22 for(int i=0;i<3;i++)
23 for(int j=0;j<3;j++)
24 this->state[i][j]=state[i][j];
25 }
26 bool operator <(const Item temp) const //运算符重载，用于priority_queue中元素的比较
27 {
28 return F>temp.F;
29 }
30 bool operator ==(const Item temp) const
31 {
32 for(int i=0;i<3;i++)
33 for(int j=0;j<3;j++)
34 if(state[i][j]!=temp.state[i][j]) return 0;
35 return 1;
36 }
37 };
38
39 priority_queue<Item> Open; //存储扩展出但还没有访问的表
40 map<int,bool> Close; //存储已经访问过的节点
41 vector<Item> path; //保存路径
42 int arrays[][3]={0,1,4,2,7,6,3,8,5},arraye[][3]={1,2,3,4,5,6,7,8,0}; //八数码初始状态和目标状态
43 int dx[]={0,0,-1,1},dy[]={1,-1,0,0}; //四个方向扩展
44 int CalcuH(const int a0[][3],const int a1[][3]) //CalcuH（当前状态，目标状态）计算 H，如果目标状态和当前状态某个位置数字不同，dis自加1
45 {
46 int dis=0;
47 for(int i=0;i<3;i++)
48 for(int j=0;j<3;j++)
49 if(a0[i][j]!=a1[i][j]) dis++;
50 return dis;
51 }
52 bool Judge(const int p0[][3],const int p1[][3]) //两者逆序数奇偶性相等,看八数码是否有解
53 {
54 int ss = 0, ee = 0;
55 for(int i=0; i<9; ++i)
56 for(int j=0; j<i; ++j) {
57 if(p0[j/3][j%3] != 0 && p0[j/3][j%3] < p0[i/3][i%3]) ++ss;
58 if(p1[j/3][j%3] != 0 && p1[j/3][j%3] < p1[i/3][i%3]) ++ee;
59 }
60 return (ss&1) == (ee&1);
61 }
62 int GetIndex(const int a[][3]) //获取hash值，将Close[t]设置为1，表示已经访问过
63 {
64 int t=0;
65 for(int i=0;i<3;i++)
66 for(int j=0;j<3;j++)
67 t=t*10+a[i][j];
68 return t;
69 }
70 int PrintPath(const Item p) //递归打印路径
71 {
72 if(p.Pre==-1)
73 {
74 for(int i=0;i<3;i++)
75 {
76 for(int j=0;j<3;j++)
77 cout<<" "<<p.state[i][j]<<" ";
78 cout<<endl;
79 }
80 cout<<endl;
81 return 0;
82 }
83 PrintPath(path[p.Pre]);
84 cout<<p.G<<" ==>"<<endl;
85 for(int i=0;i<3;i++)
86 {
87 for(int j=0;j<3;j++)
88 cout<<" "<<p.state[i][j]<<" ";
89 cout<<endl;
90 }
91 cout<<endl;
92 return 0;
93 }
94 /*search()函数中的思路：
95 1.将初始节点放入open。（open是优先队列，f最小的节点排在队列的最前面）
96 2.从open中取出f最小的节点p,放入到path中，如果为目标节点，则递归打印路径。否则将该状态放入到close中，并生成他的扩展节点集P(就是将空白点往四个方向移动)。
97 3.对于扩展出的每个子节点 temp：
98 temp.calcuf()，计算f,pre,
99 如果temp不在close，就把它放入open中,否则不管
100 4.回到步骤2;
101
102 八数码无解情况判断：
103 初始状态和目标状态的逆序数奇偶性相同，则可到达
104 */
105 void Search(Item s,int end[][3])
106 {
107 int x,y,mx,my;
108 path.clear();
109 Open.push(s);
110 while(1)
111 {
112 Item e=Open.top();
113 Open.pop();
114 path.push_back(e);
115 int in=GetIndex(e.state);
116 Close[in]=1; //标记表示已经访问过
117 int len=path.end()-path.begin()-1; //获取e节点在path中的位置，他是扩展出的节点的父节点。
118 if(CalcuH(e.state,end)==0)
119 {
120 //cout<<e.G<<endl;
121 cout<<"一共需要"<<e.G<<"步"<<endl;
122 PrintPath(e);
123 return;
124 }
125 for(int i=0;i<3;i++) //找到0的位置，0表示空白
126 for(int j=0;j<3;j++)
127 if(e.state[i][j]==0)
128 x=i,y=j;
129 for(int i=0;i<4;i++) //向四个方向扩展
130 {
131 mx=x+dx[i],my=y+dy[i];
132 if(mx>2||mx<0||my<0||my>2) //判断是否跑出3*3的数组
133 continue;
134 swap(e.state[mx][my],e.state[x][y]); //将空白点与周围点交换位置
135 Item temp(e.state,len,e.G+1,CalcuH(e.state,arraye)); //构造出新的状态节点
136 swap(e.state[mx][my],e.state[x][y]); //再交换回来
137 int index=GetIndex(temp.state); //获取hash值
138 if(!Close.count(index))
139 {
140 Open.push(temp);
141 }
142 }
143 }
144 return;
145 }
146 int main()
147 {
148 clock_t t=clock(),e;
149 Item s(arrays,-1,0,CalcuH(arrays,arraye));
150 if(Judge(arrays,arraye)) //判断是否有解
151 Search(s,arraye);
152 else
153 cout<<"no path"<<endl;
154 e=clock();
155 cout<<"run time : "<<e-t<<" ms"<<endl;
156 return 0;
157 }
时间： 2024-10-26 00:06:18