📄 八数码.cpp
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#include<iostream.h>
#include<stdio.h>
#include<time.h>
#include<stdlib.h>
#include<math.h>
#define size 3
long total;
typedef char board[size][size];
board target = {1,2,3,8,0,4,7,6,5}; // 目标状态
class Node{
public:
board data; //存放状态
Node *parent; //存放父节点地址
Node *child[4]; //存放子节点地址,最多4个
Node *next;
int f,h,g,how; //how中记录了其父节点如何移动生成该节点
Node();
int geth();
};
Node::Node()//构造函数
{
parent=NULL;
next=NULL;
for(int i=0;i<4;i++){
child[i]=NULL;
}
h=0;g=0;how=0;f=0;
}
int Node::geth()//计算h值(h值为每个将牌与其目标位的总和)
{
int h=0;
for(int i=0;i<size;i++)
for(int j=0;j<size;j++)
for(int x=0;x<size;x++)
for(int y=0;y<size;y++)
if(target[x][y]==this->data[i][j]&&target[x][y]!=0)
h+=abs(x-i)+abs(y-j);
return h;
}
/***************************************************************/
bool can_solve(Node *start) { // 搜索前判断是否可解
long i,j,k1,k2;
for (i=0; i<size; i++) for (j=0; j<size; j++) {
if (start->data[i][j]==0) {
start->data[i][j] = size*size;
k1 = (size-1-i) + (size-1-j);
}
if(target[i][j]==0){
target[i][j] = size*size;
k2 = (size-1-i) + (size-1-j);
}
}
for (i=0; i<size*size; i++) for (j=i+1; j<size*size; j++) {
if (start->data[i/size][i%size] > start->data[j/size][j%size]) k1++;
if (target[i/size][i%size] > target[j/size][j%size]) k2++;
}
for (i=0; i<size; i++) for (j=0; j<size; j++) {
if (start->data[i][j]==size*size) start->data[i][j]=0;
if (target[i][j]==size*size) target[i][j]=0;
}
return (k1%2)==(k2%2);
}
Node *head;
//判断temp状态是否是目标状态
bool goal(board temp)
{
for(int i=0;i<size;i++)
for(int j=0;j<size;j++)
if(temp[i][j]!=target[i][j])
return false;
return true;
}
//返回0所在的坐标
void getxy(Node *temp,int &x,int &y){
for(int i=0;i<size;i++)
for(int j=0;j<size;j++)
if(temp->data[i][j]==0){
x=i;
y=j;
}
}
//扩展p所指向的节点
void Expand(Node *p){
int x,y;
getxy(p,x,y);
int i=0;
//y!=0(左边有节点)并且how!=4(不是父节点右移得到的),进行左移
if(y!=0&&p->how!=4){
p->child[i]=new Node;
for(int k=0;k<size;k++)
for(int j=0;j<size;j++)
p->child[i]->data[k][j]=p->data[k][j];
p->child[i]->data[x][y]=p->data[x][y-1];
p->child[i]->data[x][y-1]=0;
p->child[i]->parent=p;
p->child[i]->h=p->child[i]->geth();
p->child[i]->g=p->g+1;
p->child[i]->how=1;
p->child[i]->f=p->child[i]->h+p->child[i]->g;
i++;
total++;
}
if(y!=2&&p->how!=1){
p->child[i]=new Node;
for(int k=0;k<size;k++)
for(int j=0;j<size;j++)
p->child[i]->data[k][j]=p->data[k][j];
p->child[i]->data[x][y]=p->data[x][y+1];
p->child[i]->data[x][y+1]=0;
p->child[i]->parent=p;
p->child[i]->h=p->child[i]->geth();
p->child[i]->g=p->g+1;
p->child[i]->how=4;
p->child[i]->f=p->child[i]->h+p->child[i]->g;
i++;
total++;
}
if(x!=0&&p->how!=3){
p->child[i]=new Node;
for(int k=0;k<size;k++)
for(int j=0;j<size;j++)
p->child[i]->data[k][j]=p->data[k][j];
p->child[i]->data[x][y]=p->data[x-1][y];
p->child[i]->data[x-1][y]=0;
p->child[i]->parent=p;
p->child[i]->h=p->child[i]->geth();
p->child[i]->g=p->g+1;
p->child[i]->how=2;
p->child[i]->f=p->child[i]->h+p->child[i]->g;
i++;
total++;
}
if(x!=2&&p->how!=2){
p->child[i]=new Node;
for(int k=0;k<size;k++)
for(int j=0;j<size;j++)
p->child[i]->data[k][j]=p->data[k][j];
p->child[i]->data[x][y]=p->data[x+1][y];
p->child[i]->data[x+1][y]=0;
p->child[i]->parent=p;
p->child[i]->h=p->child[i]->geth();
p->child[i]->g=p->g+1;
p->child[i]->how=3;
p->child[i]->f=p->child[i]->h+p->child[i]->g;
i++;
total++;
}//插入open表
for(int j=0;j<i;j++){
if(head==NULL||head->f>=p->child[j]->f){
Node *temp=head;
head=p->child[j];
p->child[j]->next=temp;
}
else{
Node *temp=head;
Node *oldtemp=temp;
while(temp!=NULL&&temp->f<p->child[j]->f){
oldtemp=temp;
temp=temp->next;
}
if(temp==NULL||oldtemp->next==NULL){
oldtemp->next=p->child[j];
p->child[j]->next=NULL;
}
else{
oldtemp->next=p->child[j];
p->child[j]->next=temp;
}
}
}
p->next=head;
}
void main(){
int i,j,k;
double totaltime;
double fenzhi=0;
double fenmu=0;
int cs;
char ch;
//scanf("%ld", &cs);
cs = 1;
while (true)
{
total=1;
//输入原始状态
Node begin;
Node *start=&begin;
printf("\n请选择:\na.手动输入\nb.随机生成\n");
scanf(" %c",&ch);
if(ch=='a'){
printf("\n请输入初始状态:\n");
for (i=0;i<size;i++)for(j=0;j<size;j++){
scanf("%ld",&k);
start->data[i][j] = k;
}
}
else{
srand((unsigned)time(NULL)); //随机时间种子
int a[9];
for(i=0;i<size;i++)
for(j=0;j<size;j++){
k=int(rand())%9;
start->data[i][j]=k;
a[i*size+j]=k;
for(k=0;k<i*size+j&&(i+j)!=0;k++)
if(start->data[i][j]==a[k]) {
j--;
break;
}
}
}
printf("\n初始状态为:\n");
for(int i=0;i<size;i++){
for(int j=0;j<size;j++)
printf("%d ",start->data[i][j]);
printf("\n");
}
printf("是否要修改目标状态?(y/n):\n");
scanf(" %c",&ch);
if(ch=='Y'||ch=='y')
{
printf("请输入新的目标状态:\n");
for (i=0;i<size;i++)
for(j=0;j<size;j++) {
scanf("%ld",&k);
target[i][j] = k;
}
}
//判断是否能到目标状态
if (!can_solve(start)) {
printf("This puzzle is not solvable.\n");
continue;
}//对原始状态节点进行初始化
fenzhi=0;
fenmu=0;
totaltime=double(clock());
start->g=0;
start->h=start->geth();
start->how=0;
start->f=start->h+start->g;
head=start;
//加入open表,head为头指针
while(true){
if(goal(head->data))
break;
//将tempn(原来的head)从open表中删除
Node *tempn=head;
head=head->next;
//扩展tempn
Expand(tempn);
fenmu=fenmu+1;
//对open表进行排序
i=0;
fenzhi=fenzhi+1;
while(tempn->child[i]!=NULL&&i<4){
i++;
fenzhi=fenzhi+1;
}
}
printf("\n%2.10f ",totaltime);
totaltime=(double(clock())-totaltime)/CLOCKS_PER_SEC;
printf("\n%2.10f \n",double(clock()));
fenzhi=fenzhi/fenmu;
j=-1;
//输出结果
while(head!=NULL){
for(int i=0;i<size;i++){
for(int j=0;j<size;j++)
printf("%d ",head->data[i][j]);
printf("\n");
}
head=head->parent;
printf(" ^ \n");
j++;
}
printf("总共%d步!\n",j);
printf( "运行时间: %2.8f seconds\n", totaltime);
printf("生成节点数:%8ld\n",total);
printf("平均分枝因子:%f\n",fenzhi);
start=start->next;
while(start!=NULL){
Node *temp=start;
start=start->next;
delete temp;
}
printf("\n继续?(y/n):");
scanf(" %c",&ch);
if(ch=='n'||ch=='N'){
break;
}
}
}
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