A*算法解决八数码(九宫重排)问题

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A*算法解决八数码(九宫重排)问题

2024-07-13 10:18| 来源: 网络整理| 查看: 265

问题描述 八数码问题作为一个经典的问题被大家所熟知,该问题是求解如何从开始的一个状态(布局)到达目标状态所需步数最少的问题。百度百科详情

问题分析 将每一个状态作为一个结点容易想到可以用广搜的方法解决,这种方法简单,但是就算是加入哈希判重也会搜索很多的无用结点。 我们打算用A*算法解决这个问题,既然确定了用A*算法,那么我们首先应该确定估价函数h(x),估价函数的选取直接决定A*算法的效率,一般对于八数码问题有三种估价函数的选法:

以不在位的数码的个数为估价函数以不在位的数码归位所需的最短距离和即曼哈顿距离为估价函数将逆序对数作为估价函数

可以证明前两种都是乐观估计,最后一种不是,因此前两种都可以作为八数码问题的估价函数,但是你的估计值与真实值越近所需要搜索的状态越少,很明显第一种方法太乐观了(估价函数的选取直接决定算法的效率),因此我们采用第二种方法作为八数码问题的估价函数

解决了估价函数的问题以后,第二个需要解决的问题就是判重,我们首先想到的是用集合set,这种方法最简单,但是很不幸这种方法耗时也是最多的,如果时间要求比较高的话,这种情况很容易超时。这里我们不用这种方法,判重问题自然而然想到的是哈希表,好了现在问题又来了,如何创建哈希表,也就是哈希函数怎么写,这个东西比较有技巧,还好对于这种问题有一种现成的方法解决,那就是康托展开 ,还有一个问题就是有些问题是无解的,这种情况我们不希望进行很大力气的搜索之后发现无解,最好是能提前预知,值得庆幸的是八数码无论怎么移动逆序的奇偶性不变,因此我们可以直接通过O(1)的时间判断开始和目标结点的逆序奇偶性是否相同就可以了。有了上面的分析之后,程序就可以写出来了 自己写代码的话,可以用一个一维数组存储状态,二维数组实在有些麻烦

代码如下



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