九宫格的启发式搜索

九宫格的启发式搜索

班级：计算机一班

姓名：覃荣锦

学号：*******

目录

一、实验目的 (3)

二、实验语言环境 (3)

三、实现设计 (3)

1.状态表示： (3)

2.算法介绍： (3)

1)广度优先搜索： (3)

2)深度优先搜索： (4)

3.初始化节点以及判断目标节点 (5)

4.拓展节点 (6)

5.搜索算法 (7)

四、程序全部代码 (8)

五、分析总结 (15)

1.数据结构分析 (15)

2.拓展方法分析 (15)

3.搜索算法分析 (15)

六、运行结果 (16)

七、遇见的问题以及解决方法 (16)

一、实验目的

加深对局部择优搜索以及全局择优搜索的熟悉程度。

了解局部择优搜索以及全局择优搜索的区别。

二、实验语言环境

系统：微软Window7系统

开发工具：visual c/c++ 6.0

语言：c语言

三、实现设计

1.状态表示：

九宫格状态以一组一维数组表示。1~8分别表示8个对应的数字，0表示空格，数据结构如下：

Typedef struct

{

Int data[9];

}Data;

九宫格节点为以线性表表示的树的节点，因此需要加入指向该节点父母的指针，在这里用下标表示，同时由于不同节点有不同的估值，因此需要加入表示其值变量。完整的数据结构如下：

typedef struct

{

int data[9];

int parent;

int value;

} Data;

2.算法介绍：

1)局部择优搜索：

第一步：把初始节点S0放入open表。

第二步：如果open表为空，则问题无解，退出。

第三步：把OPEN表的第一个节点取出放入CLOSE表，记该节点为节点n。

第四步：观察节点n是否为目标节点，若是，则求得问题的解，退出。

第五步：拓展节点n，将扩展的的节点排序后放入open表，将合法节点放入open表中。然后转到第二步。

2)全局择优搜索：

第一步：把初始节点S0放入open表。

第二步：如果open表为空，则问题无解，退出。

第三步：把OPEN表的最后一个节点取出放入CLOSE表，记该节点为节点n。

第四步：观察节点n是否为目标节点，若是，则求得问题的解，退出。

第五步：拓展节点n，将合法节点放入open表中。排序OPEN表。然后转到第二步。

3.辅助矩阵介绍

在本程序中，为了执行提高效率，在拓展和局面评估这两部分采用了矩阵作为辅助。

拓展辅助矩阵如下：

const static int check[9][4]=

{

{1,3,9,9},{0,2,4,9},{1,5,9,9},

{0,4,6,9},{1,3,5,7},{2,4,8,9},

{3,7,9,9},{4,6,8,9},{5,7,9,9}

};

在九宫格中，第0块可以和1、3块交换，第1块可以和0、2、4块交换……根据这个特点，本程序中生成如上的矩阵，对于第i块，它的可交换块为check[i][0]、check[i][1]、check[i][2]等等。

评估辅助矩阵如下：

const static int a[9][9]=

{

0,1,2,1,2,3,2,3,4,//1

1,0,1,2,1,2,3,2,3,//2

2,1,0,3,2,1,4,3,2,//3

1,2,3,0,1,2,1,2,3,//4

2,1,2,1,0,1,2,1,2,//5

3,2,1,2,1,0,3,2,1,//6

2,3,4,1,2,3,0,1,2,//7

3,2,3,2,1,2,1,0,1,//8

4,3,2,3,2,1,2,1,0,//9

};

该矩阵是一个二维矩阵，矩阵的值a[i][j]表示九宫格第i块和第j块的距离。

这可以很方便地求出第i块移动到目标点的代价。

比如，数字为n的块当前位置为p,则我们可以通过取a[n][p]的值直接求得它移动到目标花费的代价。当然，值为0的块目标位置是9，因此我们为它取值应该为a[9][p]。

4.初始化节点以及判断目标节点

由于硬件的局限性，我们不能保证任何局面都能在一遍内找到走法，因此我们在本程序中添加自动生成在当前硬件条件下可破解的局面。思路为从目标局面开始随机移动30~40步生成一个初始局面。并将该初始局面作为初始节点。

算法如下：

void InitData(int data[9])//随机生成可破解局面

{

srand((unsigned)time(NULL));//

int a[9]={1,2,3,4,5,6,7,8,0};

int k=rand()%10+30;

int j,l,temp;

while(k>=0)

{

for(l=0;l<9;l++)

if(a[l]==0) break;

j=rand()%4;

k--;

if(check[l][j]!=9)

{

temp=a[check[l][j]];

a[check[l][j]]=a[l];

a[l]=temp;

}

}

for(j=0;j<9;j++)

data[j]=a[j];

}

void Init(int data[9])

{

for(int i=0;i<9;i++)

open[opentop].data[i]=data[i];

open[opentop].parent=-1;

open[opentop].value=GetValue(open[opentop].data);

opentop++;

}

判断目标节点算法如下：

bool Checkwin(int data[9])

{

for(int i=0;i<8;i++)

if(data[i]!=i+1) return 0;

return 1;

}