本文实例讲述了C++基于人工智能搜索策略解决农夫过河问题。分享给大家供大家参考,具体如下:
问题描述
一农夫带着一头狼,一只羊和一个白菜过河,小船只能一次装载农夫和一样货物,狼会吃羊,羊会吃白菜,只有农夫在时才安全。现欲让所有物品包括农夫都安全过道河对岸,求最佳答案。
状态空间
用16*4的矩阵:a[16][4],存放每一步的状态,第一列表示农夫的状态,第二列表示菜的状态,第三列表示羊的状态,第四列表示狐狸的状态,数组a里面的元素只为0或1,0代表在左岸,1代表在右岸。
初始状态a[0][0]=a[0][1]=a[0][2]=a[0][3]=0,目标状态是矩阵的某一行全为1。
操作规则
1. 农夫做往返运动,即第i步中,a[i][0] = i%2。
2. 每次农夫过河,可以选择带一件货物,也可以选择不带。
3. 在农夫不在场的情况下,狼和羊不能在一起,羊和白菜不能在一起。
搜索策略
为了避免重复,我们将搜索过的状态放到set中,之后避开搜索这个状态即可。
我们使用深度优先搜索。搜索过程为:农夫做往返运动,当农夫从左岸到右岸时,优先选择带货物过河,当农夫从右岸到左岸时,优先选择不带货物过河。做出选择之后,前进一步,看看是否达到目标状态,如果没有达到,则农夫继续往返,知道搜索到目标状态,或者找不到解为止。
C++代码实现
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
|
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <string>
#include <set>
using namespace std;
void search( int i);
int a[16][4];
set< int > s;
int b[16];
string ss[2];
string t[4];
int k;
int level;
int count1( int a[]) //将当前状态转化为10进制数
{
return a[0]*8+a[1]*4+a[2]*2+a[3];
}
void show( int a[]) //显示结果函数
{
cout<< " 左边:" ;
for ( int i=1;i<=3;i++)
if (a[i]==0)
cout<<t[i]<< " " ;
cout<< " " ;
cout<< "右边:" ;
for ( int i=1;i<=3;i++)
if (a[i]==1)
cout<<t[i]<< " " ;
cout<<endl<<endl;
}
void bringSomething( int i) //假设农夫会带走某个东西
{
for ( int j=1;j<=3;j++)
{
if (a[i][j]==a[i][0]) //若j原来和农夫同一个位置,则农夫有可能将j带走。
{
a[i+1][j]=a[i+1][0]; //假设将j带走
if ((!(a[i+1][1]==a[i+1][2]&&a[i+1][1]!=a[i+1][0]||a[i+1][3]==a[i+1][2]&&a[i+1][2]!=a[i+1][0]))&&s.count(count1(a[i+1]))==0&&i>=level) //第i+1层将j带走时满足条件,则继续搜索第i+1层
{
s.insert(count1(a[i+1]));
b[i]=1;
cout<<ss[a[i][0]]<<t[j]<< " " ;
show(a[i+1]);
level++;
search(i+1);
}
else //若不满足条件则恢复
{
a[i+1][j]=a[i][j];
}
}
}
}
void bringNothing( int i) //假设农夫什么也不带走
{
if ((!(a[i+1][1]==a[i+1][2]&&a[i+1][1]!=a[i+1][0]||a[i+1][3]==a[i+1][2]&&a[i+1][2]!=a[i+1][0]))&&s.count(count1(a[i+1]))==0&&i>=level)
{
if (i==0)
cout<< "农夫从左边去右边,什么也不带" ;
else
cout<< "农夫从右边回左边,什么也不带" ;
show(a[i+1]);
s.insert(count1(a[i+1]));
search(i+1);
level++;
}
else
b[i]=0;
}
void search( int i) //从第i层开始搜索判断第i+1层可能的情况
{
if (i>=16||count1(a[i])==15)
return ;
for ( int j=1;j<=3;j++) //用第i层来初始化第i+1层
{
a[i+1][j]=a[i][j];
}
b[i]=-1;
if (i%2==1) //在右岸,先考虑农夫什么也不带走
{
bringNothing(i);
if (b[i]==0)
bringSomething(i);
}
else { //在左岸,先考虑农夫会带走某一样东西。
bringSomething(i);
if (b[i]!=1)
bringNothing(i);
}
}
int main()
{
ss[0]= "农夫从左边去右边,带上" ;
ss[1]= "农夫从右边回左边,带上" ;
t[1]= "菜" ;
t[2]= "羊" ;
t[3]= "狐狸" ;
memset (a,0, sizeof (a));
for ( int i=0;i<16;i++)
{
a[i][0]=i%2;
}
s.clear();
k=0;
level=0;
s.insert(0); //先将初始状态储存起来
search(0); //从第0层开始搜索
for ( int i=0;i<16;i++)
{
for ( int j=0;j<4;j++)
cout<<a[i][j]<< " " ;
cout<<endl;
if (count1(a[i])==15)
break ;
}
return 0;
}
|
结果
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
|
农夫从右边回左边,什么也不带 左边:菜 狐狸 右边:羊
农夫从左边去右边,带上菜 左边:狐狸 右边:菜 羊
农夫从右边回左边,带上羊 左边:羊 狐狸 右边:菜
农夫从左边去右边,带上狐狸 左边:羊 右边:菜 狐狸
农夫从右边回左边,什么也不带 左边:羊 右边:菜 狐狸
农夫从左边去右边,带上羊 左边: 右边:菜 羊 狐狸
0 0 0 0
1 0 1 0
0 0 1 0
1 1 1 0
0 1 0 0
1 1 0 1
0 1 0 1
1 1 1 1
|
希望本文所述对大家C++程序设计有所帮助。
原文链接:http://blog.csdn.net/jiange_zh/article/details/49046971