Question

求8数码A或A*算法（用C语言）

2 5 4 1 2 3
3 7 8 4
1 8 6 7 6 5
(a) 初始状态 (b) 目标状态
图1 八数码问题示意图
请任选一种盲目搜索算法（深度优先搜索或宽度优先搜索）或 任选一种启发式搜索方法（A 算法或 A* 算法）编程求解八数码问题（初始状态任选），并对实验结果进行分析，得出合理的结论。
(a) 初始状态
254
3 7
186
(b) 目标状态
123
8 4
765

Answer 1

题目地址:http://acm.pku.edu.cn/JudgeOnline/problem?id=1077

BFS:

#include <iostream>
using namespace std;
int fac[10]={1,1};
bool tflag[9];
struct bbit{
unsigned int val:4;
};
struct bbbit
{
unsigned int val:2;
};
struct Node
{
bbit s[9],pos;
int step;
bbbit path[21],tag;
int hashval()
{
int ret=0,i,j,tmp;
memset(tflag,false,sizeof(tflag));
for(i=0;i<8;i++)
{
tmp=0;
for(j=0;j<s[i].val;j++)
if(!tflag[j])
tmp++;
ret+=tmp*fac[8-i];
tflag[s[i].val]=true;
}
return ret;
}
bool up()
{
if(pos.val<=2)return false;
s[pos.val].val^=s[pos.val-3].val;
s[pos.val-3].val^=s[pos.val].val;
s[pos.val].val^=s[pos.val-3].val;
path[step].val=0;
pos.val-=3;
return true;
}
bool down()
{
if(pos.val>=6)return false;
s[pos.val].val^=s[pos.val+3].val;
s[pos.val+3].val^=s[pos.val].val;
s[pos.val].val^=s[pos.val+3].val;
path[step].val=1;
pos.val+=3;
return true;
}
bool left()
{
if(pos.val==0||pos.val==3||pos.val==6)return false;
s[pos.val].val^=s[pos.val-1].val;
s[pos.val-1].val^=s[pos.val].val;
s[pos.val].val^=s[pos.val-1].val;
path[step].val=2;
pos.val--;
return true;
}
bool right()
{
if(pos.val==2||pos.val==5||pos.val==8)return false;
s[pos.val].val^=s[pos.val+1].val;
s[pos.val+1].val^=s[pos.val].val;
s[pos.val].val^=s[pos.val+1].val;
path[step].val=3;
pos.val++;
return true;
}
bool operator==(const Node&x)const
{
int i;
for(i=0;i<9;i++)if(s[i].val!=x.s[i].val)return false;
return true;
}
}Q[362880],S,A,tmp,top;
struct Hash
{
bool d1,d2;
Node D;
}hash[362880];
inline void mkfac(){int i;for(i=2;i<=9;i++)fac[i]=fac[i-1]*i;}
inline int eval(char c){return c=='x'?0:c-'0';}
void o(Node x,Node y)
{
int i;
for(i=1;i<=x.step;i++)
{
switch(x.path[i].val)
{
case 0:putchar('u');break;
case 1:putchar('d');break;
case 2:putchar('l');break;
case 3:putchar('r');break;
}
}
for(i=y.step;i>=1;i--)
switch(y.path[i].val){
case 0:putchar('d');break;
case 1:putchar('u');break;
case 2:putchar('r');break;
case 3:putchar('l');break;
}
puts("");
}
int main()
{
char buf[11];
int i,t,l,r;
bool flag;
mkfac();
while(NULL!=gets(buf))
{
t=0;
for(i=0;i<=7;i++)A.s[i].val=i+1;A.s[8].val=0;A.pos.val=8;
for(i=0;buf[i];i++)
{
if(buf[i]==' ')continue;
S.s[t].val=eval(buf[i]);
if(S.s[t].val==0)
S.pos.val=t;
t++;
}
l=r=0;
flag=false;
for(i=0;i<362880;i++)hash[i].d1=hash[i].d2=false;
S.step=0;S.tag.val=1;
A.step=0;A.tag.val=2;
Q[r++]=S;//tag.val:1
Q[r++]=A;//tag.val:2
while(l<=r)
{
top=Q[l++];
top.step++;
tmp=top;
if(tmp.up())
{
if(tmp.tag.val==1)
{
if(!hash[t=tmp.hashval()].d1)
{
hash[t].d1=true;
Q[r++]=tmp;
if(hash[t].d2&&hash[t].D==tmp)
{
//find ans...
o(tmp,hash[t].D);
goto AA;
}
if(!hash[t].d2)hash[t].D=tmp;
}
}
else
{
if(!hash[t=tmp.hashval()].d2)
{
hash[t].d2=true;
Q[r++]=tmp;
if(hash[t].d1&&hash[t].D==tmp)
{
//find ans...
o(hash[t].D,tmp);
goto AA;
}
if(!hash[t].d1)hash[t].D=tmp;
}
}
}

tmp=top;
if(tmp.down())
{
if(tmp.tag.val==1)
{
if(!hash[t=tmp.hashval()].d1)
{
hash[t].d1=true;
Q[r++]=tmp;
if(hash[t].d2&&hash[t].D==tmp)
{
//find ans...
o(tmp,hash[t].D);
goto AA;
}
if(!hash[t].d2)hash[t].D=tmp;
}
}
else
{
if(!hash[t=tmp.hashval()].d2)
{
hash[t].d2=true;
Q[r++]=tmp;
if(hash[t].d1&&hash[t].D==tmp)
{
//find ans...
o(hash[t].D,tmp);
goto AA;
}
if(!hash[t].d1)hash[t].D=tmp;
}
}
}

tmp=top;
if(tmp.left())
{
if(tmp.tag.val==1)
{
if(!hash[t=tmp.hashval()].d1)
{
hash[t].d1=true;
Q[r++]=tmp;
if(hash[t].d2&&hash[t].D==tmp)
{
//find ans...
o(tmp,hash[t].D);
goto AA;
}
if(!hash[t].d2)hash[t].D=tmp;
}
}
else
{
if(!hash[t=tmp.hashval()].d2)
{
hash[t].d2=true;
Q[r++]=tmp;
if(hash[t].d1&&hash[t].D==tmp)
{
//find ans...
o(hash[t].D,tmp);
goto AA;
}
if(!hash[t].d1)hash[t].D=tmp;
}
}
}
tmp=top;
if(tmp.right())
{
if(tmp.tag.val==1)
{
if(!hash[t=tmp.hashval()].d1)
{
hash[t].d1=true;
Q[r++]=tmp;
if(hash[t].d2&&hash[t].D==tmp)
{
//find ans...
o(tmp,hash[t].D);
goto AA;
}
if(!hash[t].d2)hash[t].D=tmp;
}
}
else
{
if(!hash[t=tmp.hashval()].d2)
{
hash[t].d2=true;
Q[r++]=tmp;
if(hash[t].d1&&hash[t].D==tmp)
{
//find ans...
o(hash[t].D,tmp);
goto AA;
}
if(!hash[t].d1)hash[t].D=tmp;
}
}
}
}
AA:flag=true;
if(!flag)
puts("unsolvable");
}
return 0;
}

A*:

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;
int fac[10]={1,1};
struct Node
{
int s[9],step,pos;
char path[501];
int hashval()
{
int ret=0,i,j,tmp;
bool flag[9];
memset(flag,false,sizeof(flag));
for(i=0;i<8;i++)
{
tmp=0;
for(j=0;j<s[i];j++)
if(!flag[j])
tmp++;
ret+=tmp*fac[8-i];
flag[s[i]]=true;
}
return ret;
}
bool up()
{
if(pos<=2)return false;
s[pos]^=s[pos-3];
s[pos-3]^=s[pos];
s[pos]^=s[pos-3];
path[step]='u';
pos-=3;
return true;
}
bool down()
{
if(pos>=6)return false;
s[pos]^=s[pos+3];
s[pos+3]^=s[pos];
s[pos]^=s[pos+3];
path[step]='d';
pos+=3;
return true;
}
bool left()
{
if(pos==0||pos==3||pos==6)return false;
s[pos]^=s[pos-1];
s[pos-1]^=s[pos];
s[pos]^=s[pos-1];
path[step]='l';
pos--;
return true;
}
bool right()
{
if(pos==2||pos==5||pos==8)return false;
s[pos]^=s[pos+1];
s[pos+1]^=s[pos];
s[pos]^=s[pos+1];
path[step]='r';
pos++;
return true;
}
bool operator==(const Node&x)const
{
int i;
for(i=0;i<9;i++)if(s[i]!=x.s[i])return false;
return true;
}
void show()
{
int i,j;
for(i=0;i<=6;i+=3,cout<<endl)
for(j=i;j<=i+2;j++)
cout<<s[j];
}
bool operator<(const Node&x)const
{
int la=0,lb=0,i;
for(i=0;i<8;i++)if(s[i]!=i+1)la++;la+=(s[8]!=0);
for(i=0;i<8;i++)if(x.s[i]!=i+1)lb++;lb+=(x.s[8]!=0);
return la>lb;
}
}S,A,tmp,top;
priority_queue<Node> Q;
bool hash[362880];
void mkfac(){int i;for(i=2;i<=9;i++)fac[i]=fac[i-1]*i;}
int eval(char c){return c=='x'?0:c-'0';}
void output(Node x)
{
int i;
for(i=1;i<=x.step;i++)
putchar(x.path[i]);
puts("");
}
int main()
{
char buf[11];
int i,t,l,r;
bool flag;
mkfac();
while(NULL!=gets(buf))
{
t=0;
for(i=0;i<=7;i++)A.s[i]=i+1;A.s[8]=0;A.pos=8;
for(i=0;buf[i];i++)
{
if(buf[i]==' ')continue;
S.s[t]=eval(buf[i]);
if(S.s[t]==0)
S.pos=t;
t++;
}
l=r=0;
flag=false;
memset(hash,false,sizeof(hash));
S.step=0;
while(!Q.empty())Q.pop();
Q.push(S);
while(!Q.empty())
{
top=Q.top();
Q.pop();
top.step++;
tmp=top;
if(tmp.up())
{
if(!hash[t=tmp.hashval()])
{
hash[t]=true;
Q.push(tmp);
if(tmp==A)
{
//find ans...
output(tmp);
goto AA;
}
}
}
tmp=top;
if(tmp.down())
{
if(!hash[t=tmp.hashval()])
{
hash[t]=true;
Q.push(tmp);
if(tmp==A)
{
//find ans...
output(tmp);
goto AA;
}
}
}
tmp=top;
if(tmp.left())
{
if(!hash[t=tmp.hashval()])
{
hash[t]=true;
Q.push(tmp);
if(tmp==A)
{
//find ans...
output(tmp);
goto AA;
}
}
}
tmp=top;
if(tmp.right())
{
if(!hash[t=tmp.hashval()])
{
hash[t]=true;
Q.push(tmp);
if(tmp==A)
{
//find ans...
output(tmp);
goto AA;
}
}
}
}
AA:flag=true;
if(!flag)
puts("unsolvable");
}
return 0;
}

Answer 2

//dfs+hash+记忆化 炉灰出品
#include "stdio.h"
#define N 4
#define swap(a,b) a=a+b;b=a-b;a=a-b;
int map[N][N]/*={{0,0,0,0},{0,1,2,3},{0,8,0,4},{0,7,6,5}}*/,hashta[99991]={0},path[2000]={0},min=150,book[N][N]={0},H=0,step=0,choos[5]={0},len=0;

int hash(int x,int y,int temp[N][N])
{ int i=0,j=0,k=1,sum=0;
for(i=1;i<N;i++)
{ for(j=1;j<N;j++)
{ sum=sum*x+temp[i][j]*k-2;
k*=(y+4);
}
}
return sum;
}
void dfs(int x,int y)
{ int i=0,j=0,k=0,p=0,mark=0,temp=0,h=0;
h=hash(x,y,book)%99991;
if(step>min) return;
if(h==H)
{ if( step<min )
{ min=step;
//printf("%d\n",min);
//getch();
}
hashta[h]++;
return ;
}
if( hashta[h]!=0 ) {return ;}
hashta[h]=1;
if(x-1>0)
{ step++;
swap(book[x-1][y],book[x][y])
dfs(x-1,y);
swap(book[x-1][y],book[x][y])
step--;
}
if(x+1<N)
{ step++;
swap(book[x+1][y],book[x][y])
dfs(x+1,y);
swap(book[x+1][y],book[x][y])
step--;
}
if(y-1>0)
{ step++;
swap(book[x][y-1],book[x][y])
dfs(x,y-1);
swap(book[x][y-1],book[x][y])
step--;
}
if(y+1<N)
{ step++;
swap(book[x][y+1],book[x][y])
dfs(x,y+1);
swap(book[x][y+1],book[x][y])
step--;
}
hashta[h]=0;
}
int main(void)
{ int i=0,j=0,mark=0,k=0,p=0,x=0,y=0;
freopen("八数码.in","r",stdin);
freopen("八数码.out","w",stdout);
for(i=1;i<N;i++)
{ for(j=1;j<N;j++)
{ scanf("%d",&map[i][j]);
}
}
for(i=1;i<N;i++)
{ for(j=1;j<N;j++)
{ scanf("%d",&book[i][j]);
if(book[i][j]==0) {x=i;y=j;}
}
}
H=hash(2,2,map)%99991;
dfs(x,y);
if(hashta[H]!=0) printf("%d\n",min);
else printf("-1\n");
return 0;
}
因为原程序和此题稍有不同而临时修改，所以可能还有点问题。 qiji8816你自己再看看吧，反正修改前是可以运行的。^_^