人工智能八数码难题.docx
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人工智能八数码难题
**********大学信息工程与自动化学院学生实验报告
（2012—2013学年第1学期）
课程名称：
人工智能开课实验室：
信自楼4422012年10月24日
年级、专业、班
学号
姓名
成绩
实验项目名称
八数码难题
指导教师
教师评语
该同学是否了解实验原理：
A.了解□B.基本了解□C.不了解□
该同学的实验能力：
A.强□B.中等□C.差□
该同学的实验是否达到要求：
A.达到□B.基本达到□C.未达到□
实验报告是否规范：
A.规范□B.基本规范□C.不规范□
实验过程是否详细记录：
A.详细□B.一般□C.没有□
教师签名：
年月日
一、上机目的及内容
1.上机内容
用确定性推理算法求解教材65-66页介绍的八数码难题。
2.上机目的
（1）复习程序设计和数据结构课程的相关知识，实现课程间的平滑过渡；
（2）掌握并实现在小规模状态空间中进行图搜索的方法；
（3）理解并掌握图搜索的技术要点。
二、实验原理及基本技术路线图（方框原理图或程序流程图）
（1）设计并实现程序，求解出正确的解答路径；
（2）对所设计的算法采用大O符号进行时间复杂性和空间复杂性分析；
（3）对一般图搜索的技术要点和技术难点进行评述性分析。
程序流程图：
三、所用仪器、材料（设备名称、型号、规格等或使用软件）
1台PC及VISUALC++6.0软件
四、实验方法、步骤（或：
程序代码或操作过程）
#include
#include
typedefstructNode{
intnum[9];//棋盘状态
intdeepth;//派生的深度g（n）
intdiffnum;//不在位的数目h（n）
intvalue;//耗散值f（n）=g（n）+h（n）
structNode*pre;
structNode*next;
structNode*parent;
}numNode;//endofstructnumNode
intorigin[9];//棋盘初始状态
inttarget[9];//棋盘目标状态
intnumNode_num,total_step;
numNode*open,*close;//Open表和Close表
numNode*create_numNode（）
{
return（numNode*）malloc（sizeof（numNode））;
}
numNode*open_getfirst（numNode*head）;//返回第一项，并从Open表中删除
voidopen_insert（numNode*head,numNode*item）;//向Open表中按序插入新节点
voidclose_append（numNode*head,numNode*item）;//向Close表中插入新节点
intexpand（numNode*item）;//扩展节点
intprint_result（numNode*item）;//打印结果
numNode*copy_numNode（numNode*orgin）;
charisNewNode（numNode*open,numNode*close,intnum[9]）;
//是否在Open表或Close表中
voidprint_num（intnum[9]）;//打印棋盘状态
intdiff（intnum[9]）;//求不在位棋子的个数
voidinit（）;//初始化，获得棋盘初始状态和目标状态
voidswap（int*a,int*b）;
intoperate（intnum[],intop）;
voidfree_list（numNode*head）;
//Name:
主函数
intmain（intargc,char*argv[]）
{//初始化Open表和Close表
open=create_numNode（）;
close=create_numNode（）;
open->pre=open->next=close->pre=close->next=NULL;
init（）;//由用户输入初始和目标状态
numNode*p1;//初始化初始节点
p1=create_numNode（）;
p1->parent=NULL;
p1->deepth=0;
inti=0;
for（i=0;i<9;i++）
{
p1->num[i]=origin[i];
}
open_insert（open,p1）;
numNode_num=1;
p1=open_getfirst（open）;
while（p1!
=NULL）
{
close_append（close,p1）;
if（expand（p1））
returnEXIT_SUCCESS;
p1=open_getfirst（open）;
}
printf（"Nosolution!
\n"）;
returnEXIT_SUCCESS;
}
voidinit（）//初始化
{
while
（1）
{
printf（"八数码程序\n"）;
printf（"---------------------------------------------------------------------\n"）;
chartemp[10];
printf（"请输入初始状态:
"）;
scanf（"%s",&temp）;
inti=0;
for（i=0;i<9&&temp[i]-'0'>=0&&temp[i]-'0'<=8;i++）
{
origin[i]=temp[i]-'0';
}
printf（"\n"）;
printf（"请输入目标状态:
"）;
scanf（"%s",&temp）;
intj=0;
for（j=0;j<9&&temp[j]-'0'>=0&&temp[j]-'0'<=8;j++）
{
target[j]=temp[j]-'0';
}
system（"cls"）;
if（i==9&&j==9）
{
break;
}
}
}//endoffunctioninit
voidopen_insert（numNode*head,numNode*item）
{
numNode*p,*q;
p=head->next;
q=head;
while（p!
=NULL&&item->value>p->value）
{
q=p;
p=p->next;
}
q->next=item;
item->pre=q;
item->next=p;
if（p!
=NULL）
{
p->pre=item;
}
}/*-----endoffunctionopen_insert-----*/
numNode*open_getfirst（numNode*head）
{
numNode*p;
if（head->next==NULL）
{
returnNULL;
}
p=head->next;
head->next=p->next;
if（p->next!
=NULL）
{
p->next->pre=head;
}
p->pre=NULL;
p->next=NULL;
returnp;
}/*-----endoffunctionopen_getfirst-----*/
voidclose_append（numNode*head,numNode*item）
{
item->next=head->next;
item->pre=head;
head->next=item;
if（item->next!
=NULL）
{
item->next->pre=item;
}
}/*-----endoffunctionclose_append-----*/
intexpand（numNode*p1）
{
numNode*p2;
intop=1;
for（op=1;op<=4;op++）
{
p2=copy_numNode（p1）;
operate（p2->num,op）;
if（isNewNode（open,close,p2->num）=='N'）
{
p2->parent=p1;
p2->deepth=p1->deepth+1;
p2->diffnum=diff（p2->num）;
p2->value=p2->deepth+p2->diffnum;
if（p2->diffnum==0）
{
total_step=print_result（p2）;
printf（"Totalstep:
%d\n",total_step）;
free_list（open）;
free_list（close）;
return1;
}
else
{
numNode_num++;
open_insert（open,p2）;
}
}
else
free（p2）;
}
return0;
}/*-----endoffunctionexpand-----*/
intoperate（intm[],intop）
{
intblank;
blank=0;
while（m[blank]!
=0&&blank<9）
++blank;
if（blank==9）
return1;
switch（op）{
case1:
/*up*/
if（blank>2）
swap（m+blank,m+blank-3）;
break;
case2:
/*down*/
if（blank<6）
swap（m+blank,m+blank+3）;
break;
case3:
/*left*/
if（blank!
=0&&blank!
=3&&blank!
=6）
swap（m+blank,m+blank-1）;
break;
case4:
/*right*/
if（blank!
=2&&blank!
=5&&blank!
=8）
swap（m+blank,m+blank+1）;
break;
default:
return1;
}
return0;
}
voidswap（int*a,int*b）
{
intc;
c=*a;
*a=*b;
*b=c;
}
numNode*
copy_numNode（numNode*origin）
{
numNode*p;
p=create_numNode（）;
p->deepth=origin->deepth;
p->diffnum=origin->diffnum;
p->value=origin->value;
inti;
for（i=0;i<9;i++）
{
（p->num）[i]=（origin->num）[i];
}
returnp;
}/*-----endoffunctioncopy_numNode-----*/
intdiff（intnum[9]）
{
inti,diffnum=0;
for（i=0;i<9;i++）
if（num[i]!
=target[i]）
diffnum++;
returndiffnum;
}/*-----endoffunctiondiff-----*/
char
isNewNode（numNode*open,numNode*close,intnum[9]）
{
numNode*p;
inti=0;
p=open->next;
while（p!
=NULL）
{
for（i=0;i<9;i++）
{
if（p->num[i]!
=num[i]）
break;
}
if（i==9）
return'O';//Open
p=p->next;
}
p=close->next;
while（p!
=NULL）
{
for（i=0;i<9;i++）
{
if（p->num[i]!
=num[i]）
break;
}
if（i==9）
return'C';//Close
p=p->next;
}
return'N';
}/*-----endoffunctionisNewNode-----*/
voidfree_list（numNode*head）
{
numNode*p,*q;
p=head->next;
while（p!
=NULL）
{
q=p->next;
free（p）;
p=q;
}
free（head）;
}/*-----endoffunctionfree_list-----*/
voidprint_num（intnum[9]）
{
inti;
for（i=0;i<9;i++）
{
printf（"%d\t",num[i]）;
if（（i%3）==2）
printf（"\n"）;
}
}/*-----endoffunctionprint_num-----*/
intprint_result（numNode*item）
{
numNode*p;
intstep;
p=item;
if（p!
=NULL）
{
step=print_result（p->parent）;
printf（"\nStep%d:
\n",step+1）;
print_num（p->num）;
returnstep+1;
}
else
{
return-1;
}
}
五、实验过程原始记录（测试数据、图表、计算等）
输入要解决的数据串213654870
还要输入目标数据串123804765
最后通过20步的广度优先算法排序可得到结果如下：
六、实验结果、分析和结论（误差分析与数据处理、成果总结等。
其中，绘制曲线图时必须用计算纸或程序运行结果、改进、收获）
在老师动手给我们编程演示一次后，我多次看过老师的代码，明白其中的流程和思路，用C语言写了一个，和老师的相比相差甚远啊。
我们通过这次实验有效地复习了数据结构的相关的知识，为以后的学习和研究做了先前的准备，这一点非常的开心，但是该问题我们编程还是有一定的困难，需要我们以后多加的复习相关的语言知识，努力的坚强的的编程，多读代码。
由上面的结果,通过和其它的算法比较,我得出了以下结论对广度优先算法进行归纳:
广度优先搜索法在有解的情形总能保证搜索到最短路经，也就是移动最少步数的路径。
但广度优先搜索法的最大问题在于搜索的结点数量太多，因为在广度优先搜索法中，每一个可能扩展出的结点都是搜索的对象。
随着结点在搜索树上的深度增大，搜索的结点数会很快增长，并以指数形式扩张，从而所需的存储空间和搜索花费的时间也会成倍增长。
在进行广度搜索时候，将父结点所在的数组索引记录在子结点中了，所以得到目标排列的时候，我们只要从子结点逆向搜索就可以得到最优搜索路径了。
通过上机，我们学到了不少的知识，理论上想的和实际是不一样的，我们要学好人工智能首先要学好数据结构，数据结构和C、C++语言都是一门基础性的课程，需要把理论变为实践，我们一定要把基础打好，几乎每一样与计算机相关的考试都有数据结构，所以更应该好好学习。
上机使我们温故了C++的知识，虽然它有一定的难度，但只要我们用心去做，一定可以做好的，心有多大舞台就有做大。
从此数据结构变得不再那么陌生了，首先从看别人程序到自己尝试着编，然后不断地调整，问同学，网上查，最后终于成功了，但是感觉自己的知识还是很少，需要多加的努力，更加的投入学习，只要用心，人工智能是能学好的。
注：
教师必须按照上述各项内容严格要求，认真批改和评定学生成绩。
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