“八数码问题求解”程序说明

“八数码问题求解”程序说明
（姓名：崔秋石学号：1080329038 班级：B0803291）
一、程序中使用到得算法
本程序用到了三种搜索算法，分别是BFS（广度优先搜索）、DFS(深度优先搜索)和A 算法。

A．BFS算法步骤：
1．每次搜索之前清空OPEN 、CLOSED、PATH三表，并初始化初始状态Initstate；
2．将初始节点放入OPEN表中；
3．判断初始和目标状态Goalstate是否相同，如是则成功退出；
4．将OPEN表中首端第一个节点取出放入CLOSED表中；
5．如果OPEN表为空，则失败退出。

否则用函数expandnodeBFS按Left，Right，Up，Down顺序扩展节点。

给子节点的深度赋值，定义其父节点和子节点的指针；
6．判断扩展后的子节点是否和目标节点相同，如是则成功退出，并用FindPath函数按照其父节点回溯到初始节点以寻找路径，并把所寻每一节点放入PATH表中；如果不相同，则把它放入OPEN表末端；
7．转步骤4。

广度优先搜索算法程序流程示意图
B．D FS算法步骤：
1．将初始节点S放入OPEN表中，若此节点为目标节点，则得解；
2．若OPEN表为空，则失败退出；
3．把OPEN表中首端第二个节点n移出，放入CLOSED表中；
4．若节点n的深度等于最大限制深度；则转向2；
5．扩展节点n，产生其全部子节点，并将它们放入OPEN表首端，并给出返回n的指针，若节点不能扩展，则转向2；
6．若后继子节点中有目标节点，则得解，成功退出。

深度优先搜索算法程序流程示意图
C．H euristic A算法步骤：
1．每次搜索之前清空OPEN 、CLOSED、PATH三表，并初始化初始状态Initstate；
2．将初始节点放入OPEN表中；
3．判断初始和目标状态Goalstate是否相同，如是则成功退出；
4．从OPEN表中找到估价值最小的节点（函数Evaluate）将其取出放入CLOSED表中。

5．如果OPEN表为空，则失败退出。

否则用函数expandHeuristic按Left，Right，Up，Down顺序扩展节点。

给子节点的深度赋值，定义其父节点和子节点的指针；
6．判断扩展后的子节点是否和目标节点相同，如是则成功退出，并用FindPath函数按照其父节点回溯到初始节点以寻找路径，并把所寻每一节点放入PATH表中；如果不是，则判断子节点是否已在CLOSED表和OPEN表中，如果都不在，则放入OPEN 表末端；
7．转步骤4。

启发式搜索算法程序流程示意图
二、程序数据结构描述
1．节点状态表示：
定义结构体
struct Eightpuzzle{
int depthcurrent;//节点深度
int state[9];//节点状态
struct Eightpuzzle * father;//节点的父节点
struct Eightpuzzle * child;//节点的子节点
};
2．OPEN表CLOSED表：
用MFC中CList类定义
CPtrList Open;//OPEN表
CPtrList Closed;//CLOSED表
CPtrList Path;//用于最后存放路径PA TH表
三、函数说明
1.估价函数int Evaluate(Eightpuzzle* current,Eightpuzzle* goal)
返回一个int型数值，计算状态current中每个格子的号码与goal中相应号码之间的距离之和。

取f(n)=d(n)+h(n),h(n)=P(n);
2.enum direction {LEFT, RIGHT, UP, DOWN,INV ALID};
direction MoveDirection(Eightpuzzle *father,Eightpuzzle *child,int &x);
定义枚举类型direction，判断返回节点扩展时可以移动的方向。

3.主要函数一览：
public:
bool NumberCheck(int state[9]);//检查数据有效性
bool Ishavepath(Eightpuzzle *initial, Eightpuzzle *goal);//检查时候有路径
bool SearchHeuristic();//启发式搜索
bool SearchBFS();//广度优先搜索
bool SearchDFS();//深度优先搜索
int Evaluate(Eightpuzzle* current,Eightpuzzle* goal);//计算估价函数取P(n)
Eightpuzzle Initstate;//初始节点
Eightpuzzle Goalstate;//目标节点
CPtrList Open;//OPEN表
CPtrList Closed;//CLOSED表
CPtrList Path;//用于最后存放路径PA TH表
int m_ndepth;
Eightpuzzle *currentstep;
private:
enum direction {LEFT, RIGHT, UP, DOWN,INV ALID};
void FindPath(Eightpuzzle *finalnode, Eightpuzzle *initnode);//按各节点父节点寻找路径direction MoveDirection(Eightpuzzle *father,Eightpuzzle *child,int &x);//判断可移动方向bool IsinClosed(Eightpuzzle *curnode);//判断当前扩展的节点是否已存在CLOSED表中bool IsinOpen(Eightpuzzle* curnode);//判断当前扩展的节点是否已存在OPEN表中
bool Comparestate(Eightpuzzle * stateone,Eightpuzzle * stateanother);//比较两个节点状态时候相同
void Copy8puzzle(Eightpuzzle *stateone, Eightpuzzle *stateanother);//复制节点状态
bool MovetoDown(Eightpuzzle *fatherstate, Eightpuzzle *childstate);//向下移动
bool MovetoUp(Eightpuzzle *fatherstate, Eightpuzzle *childstate);//向上移动
bool MovetoRight(Eightpuzzle *fatherstate, Eightpuzzle *childstate);//向右移动
bool MovetoLeft(Eightpuzzle *fatherstate, Eightpuzzle *childstate);//向左移动
bool expandnodeBFS(Eightpuzzle *newnode,Eightpuzzle *nodeN,Eightpuzzle* pinit);//广度优先搜索中扩展节点
bool expandnodeDFS(Eightpuzzle *newnode,Eightpuzzle *nodeN,Eightpuzzle* pinit);//深度优先搜索中扩展节点
bool expandnodeHeuristic(Eightpuzzle * newnode,Eightpuzzle* pstart);//启发式搜索中扩展节点
四、改进方向
此次作业使我对人工智能的搜索原理及其算法有了更深刻的理解，认识到了启发性搜索中估价函数的重要性。

第一次写程序遇到了很多困难，参考了一些资料，请教了师兄和一些同学，感谢他们的帮助。

对程序中算法实现方法的认识还比较浅显，运用MFC完成界面设计的过程中，数据输入这方面采用的方法还很笨拙，有待进一步提高。