八数码问题C代码.docx
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八数码问题C代码
********************************************************************
*本函数是用A*算法来实现八数码的问题
*
*
*算法的步骤如下:
*1、初始化两个链表open和closed,将初始状态放入open表中
*2、重复下列过程,直至找到目标结点为止,如果open表为空,那
* 么查找失败;
*3、从open表中拿出具有最小f值的结点(将这一结点称为BESTNODE),
* 并放入closed表中;
*4、如果BESTNODE为目标结点,成功求得解,退出循环;
*5、如果BESTNODE不是目标结点,那么产生它的后继结点(此后继结
* 点与其祖先的状态不同),后继结点组成一个链表;
*6、对每个后继结点进行以下过程:
*7、建立它到BESTNODE的parent指针;
*8、如果此结点在open表中,首先将open表中的结点添加进BESTNODE
* 的后继结点链中,然后计算两个结点的g值,如果此结点的g值小
* 于open表中的结点时,open表中的结点改变parent指针,同时将
* 此结点删除;
*9、如果此结点在closed表中,首先将closed表中的结点添加进BESTNODE
* 的后继结点中,然后计算两个结点的g值,如果此结点的g值小于
* closed表中的结点时,closed表中的结点改变parent指针;将
* closed表中的结点重新放入open表中,同时将此结点删除;
*10、如果此结点既不在open表中也不再closed表中,那么添加此结点至
* BESTNODE的后继结点链中。
*
*
*Author:
转载作者不详。
*
*2011.5.16
*
*
********************************************************************/
#include"stdafx.h"
#include
#include
#include
#definesize3
usingnamespacestd;
//定义二维数组来存储数据表示某一个特定状态
typedefintstatus[size][size];
structSpringLink;
//定义状态图中的结点数据结构
typedefstructNode
{
statusdata;//结点所存储的状态
Node*parent;//指向结点的父亲结点
SpringLink*child;//指向结点的后继结点
intfvalue;//结点的总的路径
intgvalue;//结点的实际路径
inthvalue;//结点的到达目标的苦难程度
Node*next;//指向open或者closed表中的后一个结点
}NNode,*PNode;
//定义存储指向结点后继结点的指针的地址
typedefstructSpringLink
{
Node*pointData;//指向结点的指针
SpringLink*next;//指向兄第结点
}SPLink,*PSPLink;
//定义open表和close表
PNodeopen;
PNodeclosed;
//开始状态与目标状态
statusstartt={2,8,3,1,6,4,7,0,5};
statustarget={1,2,3,8,0,4,7,6,5};
//初始化一个空链表
voidinitLink(PNode&Head)
{
Head=(PNode)malloc(sizeof(NNode));
Head->next=NULL;
}
//判断链表是否为空
boolisEmpty(PNodeHead)
{
if(Head->next==NULL)
returntrue;
else
returnfalse;
}
//从链表中拿出一个数据,通过FNode返回
voidpopNode(PNode&Head,PNode&FNode)
{
if(isEmpty(Head))
{
FNode=NULL;
return;
}
FNode=Head->next;
Head->next=Head->next->next;
FNode->next=NULL;
}
//向结点的(最终)后继结点链表中添加新的子结点
voidaddSpringNode(PNode&Head,PNodenewData)
{
PSPLinknewNode=(PSPLink)malloc(sizeof(SPLink));
newNode->pointData=newData;
newNode->next=Head->child;
Head->child=newNode;
}
//释放状态图中存放结点后继结点地址的空间
//注意传入参数PSPLink引用类型
voidfreeSpringLink(PSPLink&Head)
{
PSPLinktmm;
while(Head!
=NULL)
{
tmm=Head;
Head=Head->next;
free(tmm);
}
}
//释放open表与closed表中的资源
voidfreeLink(PNode&Head)
{
PNodetmn;
tmn=Head;
Head=Head->next;
free(tmn);
while(Head!
=NULL)
{
//首先释放存放结点后继结点地址的空间
freeSpringLink(Head->child);
tmn=Head;
Head=Head->next;
free(tmn);
}
}
//向普通链表中添加一个结点
voidaddNode(PNode&Head,PNode&newNode)
{
newNode->next=Head->next;
Head->next=newNode;
}
//向非递减排列的链表中添加一个结点
voidaddAscNode(PNode&Head,PNode&newNode)
{
PNodeP;
PNodeQ;
P=Head->next;
Q=Head;
while(P!
=NULL&&P->fvaluefvalue)
{
Q=P;
P=P->next;
}
//上面判断好位置之后,下面就是简单的插入了
newNode->next=Q->next;
Q->next=newNode;
}
//计算结点额h值,当前节点与目标节点数码错位个数
intcomputeHValue(PNodetheNode)
{
intnum=0;
for(inti=0;i<3;i++)
{
for(intj=0;j<3;j++)
{
if(theNode->data[i][j]!
=target[i][j])
num++;
}
}
returnnum;
}
//计算结点的f,g,h值
voidcomputeAllValue(PNode&theNode,PNodeparentNode)
{
if(parentNode==NULL)
theNode->gvalue=0;
else
theNode->gvalue=parentNode->gvalue+1;
theNode->hvalue=computeHValue(theNode);
theNode->fvalue=theNode->gvalue+theNode->hvalue;
}
//初始化函数,进行算法初始条件的设置
voidinitial()
{
//初始化open以及closed表
initLink(open);
initLink(closed);
//初始化起始结点,令初始结点的父节点为空结点
PNodeNULLNode=NULL;
PNodeStart=(PNode)malloc(sizeof(NNode));
for(inti=0;i<3;i++)
{
for(intj=0;j<3;j++)
{
Start->data[i][j]=startt[i][j];
}
}
Start->parent=NULL;
Start->child=NULL;
Start->next=NULL;
computeAllValue(Start,NULLNode);
//起始结点进入open表
addAscNode(open,Start);
}
//将B节点的状态赋值给A结点
voidstatusAEB(PNode&ANode,PNodeBNode)
{
for(inti=0;i<3;i++)
{
for(intj=0;j<3;j++)
{
ANode->data[i][j]=BNode->data[i][j];
}
}
}
//两个结点是否有相同的状态
boolhasSameStatus(PNodeANode,PNodeBNode)
{
for(inti=0;i<3;i++)
{
for(intj=0;j<3;j++)
{
if(ANode->data[i][j]!
=BNode->data[i][j])
returnfalse;
}
}
returntrue;
}
//结点与其祖先结点是否有相同的状态
boolhasAnceSameStatus(PNodeOrigiNode,PNodeAnceNode)
{
while(AnceNode!
=NULL)
{
if(hasSameStatus(OrigiNode,AnceNode))
returntrue;
AnceNode=AnceNode->parent;
}
returnfalse;
}
//取得方格中空的格子的位置,通过row,col返回。
voidgetPosition(PNodetheNode,int&row,int&col)
{
for(inti=0;i<3;i++)
{
for(intj=0;j<3;j++)
{
if(theNode->data[i][j]==0)
{
row=i;
col=j;
return;
}
}
}
}
//交换两个数字的值
voidchangeAB(int&A,int&B)
{
intC;
C=B;
B=A;
A=C;
}
//检查相应的状态是否在某一个链表中,判断spciNode所指的节点是否在theLink所指的链表中。
//theNodeLink返回在链表中与spciNode状态相同的节点指针,preNode指向相同节点前驱。
boolinLink(PNodespciNode,PNodetheLink,PNode&theNodeLink,PNode&preNode)
{
preNode=theLink;
theLink=theLink->next;
while(theLink!
=NULL)
{
if(hasSameStatus(spciNode,theLink))
{
theNodeLink=theLink;
returntrue;
}
preNode=theLink;
theLink=theLink->next;
}
returnfalse;
}
//产生结点的后继结点(与祖先状态不同)链表
//通过spring参数返回节点的后继节点链表
voidGenerateSpringLink(PNodetheNode,PNode&spring)
{
introw;
intcol;
getPosition(theNode,row,col);
//空的格子右边的格子向左移动
if(col!
=2)
{
PNoderlNewNode=(PNode)malloc(sizeof(NNode));
statusAEB(rlNewNode,theNode);
changeAB(rlNewNode->data[row][col],rlNewNode->data[row][col+1]);
if(hasAnceSameStatus(rlNewNode,theNode->parent))
{
free(rlNewNode);//与父辈相同,丢弃本结点
}
else
{
rlNewNode->parent=theNode;
rlNewNode->child=NULL;
rlNewNode->next=NULL;
computeAllValue(rlNewNode,theNode);
//将本结点加入后继结点链表
addNode(spring,rlNewNode);
}
}
//空的格子左边的格子向右移动
if(col!
=0)
{
PNodelrNewNode=(PNode)malloc(sizeof(NNode));
statusAEB(lrNewNode,theNode);
changeAB(lrNewNode->data[row][col],lrNewNode->data[row][col-1]);
if(hasAnceSameStatus(lrNewNode,theNode->parent))
{
free(lrNewNode);//与父辈相同,丢弃本结点
}
else
{
lrNewNode->parent=theNode;
lrNewNode->child=NULL;
lrNewNode->next=NULL;
computeAllValue(lrNewNode,theNode);
//将本结点加入后继结点链表
addNode(spring,lrNewNode);
}
}
//空的格子上边的格子向下移动
if(row!
=0)
{
PNodeudNewNode=(PNode)malloc(sizeof(NNode));
statusAEB(udNewNode,theNode);
changeAB(udNewNode->data[row][col],udNewNode->data[row-1][col]);
if(hasAnceSameStatus(udNewNode,theNode->parent))
{
free(udNewNode);//与父辈相同,丢弃本结点
}
else
{
udNewNode->parent=theNode;
udNewNode->child=NULL;
udNewNode->next=NULL;
computeAllValue(udNewNode,theNode);
//将本结点加入后继结点链表
addNode(spring,udNewNode);
}
}
//空的格子下边的格子向上移动
if(row!
=2)
{
PNodeduNewNode=(PNode)malloc(sizeof(NNode));
statusAEB(duNewNode,theNode);
changeAB(duNewNode->data[row][col],duNewNode->data[row+1][col]);
if(hasAnceSameStatus(duNewNode,theNode->parent))
{
free(duNewNode);//与父辈相同,丢弃本结点
}
else
{
duNewNode->parent=theNode;
duNewNode->child=NULL;
duNewNode->next=NULL;
computeAllValue(duNewNode,theNode);
//将本结点加入后继结点链表
addNode(spring,duNewNode);
}
}
}
//输出给定结点的状态
voidoutputStatus(PNodestat)
{
for(inti=0;i<3;i++)
{
for(intj=0;j<3;j++)
{
cout<data[i][j]<<"";
}
cout< }
}
//输出最佳的路径
voidoutputBestRoad(PNodegoal)
{
intdeepnum=goal->gvalue;
if(goal->parent!
=NULL)
{
outputBestRoad(goal->parent);
}
cout<<"第"<"< outputStatus(goal);
}
voidAStar()
{
PNodetmpNode;//指向从open表中拿出并放到closed表中的结点的指针
PNodespring;//tmpNode的后继结点链
PNodetmpLNode;//tmpNode的某一个后继结点
PNodetmpChartNode;
PNodethePreNode;//指向将要从closed表中移到open表中的结点的前一个结点的指针
boolgetGoal=false;//标识是否达到目标状态
longnumcount=1;//记录从open表中拿出结点的序号
initial();//对函数进行初始化
initLink(spring);//对后继链表的初始化
tmpChartNode=NULL;
cout<<"从open表中拿出的结点的状态及相应的值"< while(!
isEmpty(open))
{
//从open表中拿出f值最小的元素,并将拿出的元素放入closed表中
popNode(open,tmpNode);
addNode(closed,tmpNode);
cout<<"第"<"< outputStatus(tmpNode);
cout<<"其f值为:
"<fvalue< cout<<"其g值为:
"<gvalue< cout<<"其h值为:
"<hvalue< //如果拿出的元素是目标状态则跳出循环
if(computeHValue(tmpNode)==0)
{
getGoal=true;
break;
}
//产生当前检测结点的后继(与祖先不同)结点列表,产生的后继结点的parent属性指向当前检测的结点
GenerateSpringLink(tmpNode,spring);
//遍历检测结点的后继结点链表
while(!
isEmpty(spring))
{
popNode(spring,tmpLNode);
//状态在open表中已经存在,thePreNode参数在这里并不起作用
if(inLink(tmpLNode,open,tmpChartNode,thePreNode))
{ //此时他们hvalue值一样
addSpringNode(tmpNode,tmpChartNode);
if(tmpLNode->gvaluegvalue) //等价于if(tmpLNode->fvaluefvalue)
{
tmpChartNode->parent=tmpLNode->parent;
tmpChartNode->gvalue=tmpLNode->gvalue;
tmpChartNode->fvalue=tmpLNode->fvalue;
}
free(tmpLNode);
}
//状态在closed表中已经存在
elseif(inLink(tmpLNode,closed,tmpChartNode,thePreNode))
{ //此时他们hvalue值一样
addSpringNode(tmpNode,tmpChartNode);
if(tmpLNode->gvaluegvalue)
{
PNodecommu;
tmpChartNode->parent=tmpLNode->parent;
tmpChartNode->gvalue=tmpLNode->gvalue;
tmpChartNode->fvalue=tmpLNode->fvalue;
freeSpringL