关于A算法实现的8数码问题人工智能.docx

1、关于A算法实现的8数码问题人工智能关于A算法实现的8数码问题(人工智能) 基于A*算法解决把数码问题 人工智能 专 业： 信息与计算科学 班 级： 101001 学 号： 101001102 姓 名： 陈 斌 指导老师： 时 华 日 期：2013年10月14日在8数码问题中，常用的启发函数为： “不在位”数码个数，或数码“不在位”的距离和。显然，后者的不小于前者，因此本文中采用数码“不在位”的距离和作为启发函数。规则库设计0在某一位置时，能选择向左、向右、向上、向下移动中的哪几种策略进行移动，主要是由当前0所处位置（更具体地说是当前位置的行列号）和其祖父节点（为提高搜索效率，新扩展的节点应当至

2、少不为其祖父节点）所决定的。当然，按照A*算法的思想，每扩展出一个新节点，都要判断其是否为有效子节点，不为有效子节点的不能加入到open表中。这一段的具体过程可以参考程序流程部分。因此移动的规则库可以写成如下形式：左移：if(p-j_0=1) /空格所在列号不小于1,可左移 temp=p-father; if(temp!=NULL&temp-i_0=p-i_0&temp-j_0-1=p-j_0) ; /新节点与其祖父节点相同，无操作 else /新节点与其祖父节点不同，或其父节点为起始节点 (扩展新节点，并判断是否加入open表)/详细代码见源程序 /end左移右移：if(p-j_0fathe

3、r; if(temp!=NULL&temp-i_0=p-i_0&temp-j_0+1=p-j_0) ; /新节点与其祖父节点相同，无操作 else /新节点与其祖父节点不同，或其父节点为起始节点 (扩展新节点，并判断是否加入open表)/详细代码见源程序 /end右移上移：if(p-i_0=1) /空格所在列号不小于1,可上移 temp=p-father; if(temp!=NULL&temp-i_0=p-i_0-1&temp-j_0=p-j_0) ; /新节点与其祖父节点相同，无操作 else /新节点与其祖父节点不同，或其父节点为起始节点 (扩展新节点，并判断是否加入open表)/详细代码

4、见源程序 /end上移下移：if(p-i_0father; if(temp!=NULL&temp-i_0=p-i_0+1&temp-j_0=p-j_0) ; /新节点与其祖父节点相同，无操作 else /新节点与其祖父节点不同，或其父节点为起始节点 (扩展新节点，并判断是否加入open表)/详细代码见源程序 /end下移程序流程主程序流程图：其中，扩展节点n的具体步骤如下：a) 首先判断其是否在closed表已经出现过, 如果出现过，并且新节点的代价值比其小，则应将其从closed表删除，同时将新节点加入到open表；如果没有出现过，则转b。b) 判断其是否已经存在于open表中待扩展，如果出

5、现过，并且新节点的代价值比其小，则应将其从open表删除，同时将新节点加入到open表；如果没有出现过，则说明该节点为一个全新的节点，转c。c) 将该节点加入open表。三、程序代码#include Stdio.h#include Conio.h#include stdlib.h#include math.hvoid Copy_node(struct node *p1,struct node *p2);void Calculate_f(int deepth,struct node *p);void Add_to_open(struct node *p);void Add_to_closed(s

6、truct node *p);void Remove_p(struct node *name,struct node *p);int Test_A_B(struct node *p1,struct node *p2);struct node * Solution_Astar(struct node *p);void Expand_n(struct node *p);struct node * Search_A(struct node *name,struct node *temp);void Print_result(struct node *p);/* 定义8数码的节点状态 */typede

7、f struct node int s33; /当前8数码的状态 int i_0; /当前空格所在行号 int j_0; /当前空格所在列号 int f; /当前代价值 int d; /当前节点深度 int h; /启发信息，采用数码“不在位”距离和 struct node *father; /指向解路径上该节点的父节点 struct node *next; /指向所在open或closed表中的下一个元素;struct node s_0=3,8,2,1,0,5,7,6,4,1,1,0,0,0,NULL,NULL; /定义初始状态struct node s_g=1,2,3,8,0,4,7,6,

8、5,1,1,0,0,0,NULL,NULL; /定义目标状态struct node *open=NULL; /建立open表指针struct node *closed=NULL; /建立closed表指针int sum_node=0; /用于记录扩展节点总数int main(void) struct node s,*target; Copy_node(&s_0,&s); Calculate_f(0,&s); /拷贝8数码初始状态，初始化代价值 target=Solution_Astar(&s); /求解主程序 if(target) Print_result(target); /输出解路径 el

9、se printf(问题求解失败！); getch(); return 0;/*/* A*算法 */*/struct node * Solution_Astar(struct node *p) struct node *n,*temp; Add_to_open(p); /将s_0放入open表 while(open!=NULL) /只要open表中还有元素，就继续对代价最小的节点进行扩展 n=open; /n指向open表中当前要扩展的元素 temp=open-next; Add_to_closed(n); open=temp; if(Test_A_B(n,&s_g) /当前n指向节点为目标时

10、，跳出程序结束；否则，继续下面的步骤 return n; Expand_n(n); /扩展节点n return NULL;/*/* 生成当前节点n通过走步可以得到的所有状态 */*/void Expand_n(struct node *p) struct node *temp,*same; if(p-j_0=1) /空格所在列号不小于1,可左移 temp=p-father; if(temp!=NULL&temp-i_0=p-i_0&temp-j_0-1=p-j_0) /新节点与其祖父节点相同 ; else /新节点与其祖父节点不同，或其父节点为起始节点 temp=(struct node *)

11、malloc(sizeof(struct node); /给新节点分配空间 Copy_node(p,temp); /拷贝p指向的节点状态 temp-stemp-i_0temp-j_0=temp-stemp-i_0temp-j_0-1; /空格左移 temp-stemp-i_0temp-j_0-1=0; temp-j_0-; temp-d+; Calculate_f(temp-d,temp); /修改新节点的代价值 temp-father=p; /新节点指向其父节点 if(same=Search_A(closed,temp) /在closed表中找到与新节点状态相同的节点 if(temp-ff)

12、 /temp指向的节点,其代价比closed表中相同状态节点代价小，加入open表 Remove_p(closed,same); /从closed表中删除与temp指向节点状态相同的节点 Add_to_open(temp); sum_node+; else; else if(same=Search_A(open,temp) /在open表中找到与新节点状态相同的节点 if(temp-ff) /temp指向的节点,其代价比open表中相同状态节点代价小，加入open表 Remove_p(open,same); /从open表中删除与temp指向节点状态相同的节点 Add_to_open(temp

13、); sum_node+; else ; else /新节点为完全不同的新节点，加入open表 Add_to_open(temp); sum_node+; /end左移 if(p-j_0father; if(temp!=NULL&temp-i_0=p-i_0&temp-j_0+1=p-j_0) /新节点与其祖父节点相同 ; else /新节点与其祖父节点不同，或其父节点为起始节点 temp=(struct node *)malloc(sizeof(struct node); /给新节点分配空间 Copy_node(p,temp); /拷贝p指向的节点状态 temp-stemp-i_0temp-

14、j_0=temp-stemp-i_0temp-j_0+1; /空格右移 temp-stemp-i_0temp-j_0+1=0; temp-j_0+; temp-d+; Calculate_f(temp-d,temp); /修改新节点的代价值 temp-father=p; /新节点指向其父节点 if(same=Search_A(closed,temp) /在closed表中找到与新节点状态相同的节点 if(temp-ff) /temp指向的节点,其代价比closed表中相同状态节点代价小，加入open表 Remove_p(closed,same); /从closed表中删除与temp指向节点状态

15、相同的节点 Add_to_open(temp); sum_node+; else; else if(same=Search_A(open,temp) /在open表中找到与新节点状态相同的节点 if(temp-ff) /temp指向的节点,其代价比open表中相同状态节点代价小，加入open表 Remove_p(open,same); /从open表中删除与temp指向节点状态相同的节点 Add_to_open(temp); sum_node+; else ; else /新节点为完全不同的新节点，加入open表 Add_to_open(temp); sum_node+; /end右移 if(

16、p-i_0=1) /空格所在列号不小于1,上移 temp=p-father; if(temp!=NULL&temp-i_0=p-i_0-1&temp-j_0=p-j_0) /新节点与其祖父节点相同 ; else /新节点与其祖父节点不同，或其父节点为起始节点 temp=(struct node *)malloc(sizeof(struct node); /给新节点分配空间 Copy_node(p,temp); /拷贝p指向的节点状态 temp-stemp-i_0temp-j_0=temp-stemp-i_0-1temp-j_0; /空格上移 temp-stemp-i_0-1temp-j_0=0

17、; temp-i_0-; temp-d+; Calculate_f(temp-d,temp); /修改新节点的代价值 temp-father=p; /新节点指向其父节点 if(same=Search_A(closed,temp) /在closed表中找到与新节点状态相同的节点 if(temp-ff) /temp指向的节点,其代价比closed表中相同状态节点代价小，加入open表 Remove_p(closed,same); /从closed表中删除与temp指向节点状态相同的节点 Add_to_open(temp); sum_node+; else; else if(same=Search_

18、A(open,temp) /在open表中找到与新节点状态相同的节点 if(temp-ff) /temp指向的节点,其代价比open表中相同状态节点代价小，加入open表 Remove_p(open,same); /从open表中删除与temp指向节点状态相同的节点 Add_to_open(temp); sum_node+; else ; else /新节点为完全不同的新节点，加入open表 Add_to_open(temp); sum_node+; /end上移 if(p-i_0father; if(temp!=NULL&temp-i_0=p-i_0+1&temp-j_0=p-j_0) /新

19、节点与其祖父节点相同 ; else /新节点与其祖父节点不同，或其父节点为起始节点 temp=(struct node *)malloc(sizeof(struct node); /给新节点分配空间 Copy_node(p,temp); /拷贝p指向的节点状态 temp-stemp-i_0temp-j_0=temp-stemp-i_0+1temp-j_0; /空格下移 temp-stemp-i_0+1temp-j_0=0; temp-i_0+; temp-d+; Calculate_f(temp-d,temp); /修改新节点的代价值 temp-father=p; /新节点指向其父节点 if(

20、same=Search_A(closed,temp) /在closed表中找到与新节点状态相同的节点 if(temp-ff) /temp指向的节点,其代价比closed表中相同状态节点代价小，加入open表 Remove_p(closed,same); /从closed表中删除与temp指向节点状态相同的节点 Add_to_open(temp); sum_node+; else; else if(same=Search_A(open,temp) /在open表中找到与新节点状态相同的节点 if(temp-ff) /temp指向的节点,其代价比open表中相同状态节点代价小，加入open表 Re

21、move_p(open,same); /从open表中删除与temp指向节点状态相同的节点 Add_to_open(temp); sum_node+; else ; else /新节点为完全不同的新节点，加入open表 Add_to_open(temp); sum_node+; /end下移/*/* 添加p指向的节点到open表中 */*/void Add_to_open(struct node *p) struct node *p1,*p2; p1=open; /初始时p1指向open表首部 p2=NULL; if(open=NULL) /open表为空时，待插入节点即为open表第一个元素

22、，open指向该元素 p-next=NULL; open=p; else /open表不为空时，添加待插入节点，并保证open表代价递增的排序 while(p1!=NULL&p-fp1-f) p2=p1; /p2始终指向p1指向的前一个元素 p1=p1-next; if(p2=NULL) /待插入节点为当前open表最小 p-next=open; open=p; else if(p1=NULL) /待插入节点为当前open表最大 p-next=NULL; p2-next=p; else /待插入节点介于p2、p1之间 p2-next=p; p-next=p1; /*/* 添加p指向的节点到cl

23、osed表中 */*/void Add_to_closed(struct node *p) if(closed=NULL) /closed表为空时，p指向节点为closed表第一个元素，closed指向该元素 p-next=NULL; closed=p; else /closed表不为空时，直接放到closed表首部 p-next=closed; closed=p; /*/* 在open表或closed表中搜索与temp指向节点状态相同的节点， */* 返回搜索到的节点地址 */*/struct node * Search_A(struct node *name,struct node *te

24、mp) struct node *p1; p1=name; /p1指向open表或closed表 while(p1!=NULL) if(Test_A_B(p1,temp) /找到相同的节点，返回该节点地址 return p1; else p1=p1-next; return NULL;/*/* 判断两个节点A、B状态是否相同，相同则返回1，否则返回0 */*/int Test_A_B(struct node *p1,struct node *p2) int i,j,flag; flag=1; for(i=0;i=2;i+) for(j=0;jsij)!=(p1-sij) flag=0; return flag; else ; return flag;/*/* 从open表或closed表删除指定节点 */*/void Remove_p(struct node *name,struct node *p) struct node