BFS和A*算法分别解决N-数码问题

标签：

数码问题求解，分别使用BFS和启发式搜索实现。

BFS：求解指定3*3拼图（8-数码问题）的最优解。

    1,isCompleted记录求解完成状态；

    2,closeList记录所有访问过的节点；

   3,searchedNodesNum记录访问过的节点数；

  4,solutionPath记录解路径。

public boolean BFSearch() throws IOException {
		// 将搜索过程写入D://BFSearchDialog.txt
		String filePath = "BFSearchDialog.txt";
		PrintWriter pw = new PrintWriter(new FileWriter(filePath));
                
		// *************************************
                JigsawNode beginnode = getBeginJNode();
                openList.add(beginnode);
                isCompleted = false;
                // 判断广搜结束条件
                while (!openList.isEmpty()) {
                  // 判断是否到达目标状态
                  JigsawNode root = openList.firstElement();
                  currentJNode = root;
                  if (getCurrentJNode().equals(getEndJNode())) {
                     isCompleted = true;
                     break;
		  }
                  // 访问openList的第一个节点，将相邻的 且未被访问的（在closeList中找不到）的节点加入openList		  
                  Vector<JigsawNode> neighbornodes =  new Vector<JigsawNode>();
                  neighbornodes  = findFollowJNodes(root);
                  openList.addAll(neighbornodes);
                  openList.removeElementAt(0);
                  closeList.add(root); 
                  searchedNodesNum++;
		}

                if (isCompleted) {
                   calSolutionPath();
                }
        
		// *************************************

		this.printResult(pw);
		pw.close();
		System.out.println("Record into " + filePath);
		return isCompleted;
	}

启发式搜索：

访问节点数大于30000个则认为搜索失败。

 函数结束后：isCompleted记录了求解完成状态；

                          closeList记录了所有访问过的节点；

                    searchedNodesNum记录了访问过的节点数；

                    solutionPath记录了解路径。

public boolean ASearch() throws IOException{
		// 将搜索过程写入ASearchDialog.txt
		String filePath = "ASearchDialog.txt";
		PrintWriter pw = new PrintWriter(new FileWriter(filePath));
		
		// 访问节点数大于25000个则认为搜索失败
		int maxNodesNum = 25000;  
		
		// 用以存放某一节点的邻接节点
		Vector<JigsawNode> followJNodes = new Vector<JigsawNode>(); 
		
		// 重置求解完成标记为false
		isCompleted = false;           
		
		// (1)将起始节点放入openList中
		this.sortedInsertOpenList(this.beginJNode);
		
		// (2) 如果openList为空，或者访问节点数大于maxNodesNum个，则搜索失败，问题无解;否则循环直到求解成功
		while (this.openList.isEmpty() != true && searchedNodesNum <= maxNodesNum) {
			
			// (2-1)访问openList的第一个节点N，置为当前节点currentJNode
			//      若currentJNode为目标节点，则搜索成功，设置完成标记isCompleted为true，计算解路径，退出。
			this.currentJNode = this.openList.elementAt(0);
			if (this.currentJNode.equals(this.endJNode)){
				isCompleted = true;
				this.calSolutionPath();
				break;
			}
			
			// (2-2)从openList中删除节点N,并将其放入closeList中，表示以访问节点			
			this.openList.removeElementAt(0);
			this.closeList.addElement(this.currentJNode);
			searchedNodesNum++;
			
				// 记录并显示搜索过程
				pw.println("Searching.....Number of searched nodes:" + this.closeList.size() + "   Current state:" + this.currentJNode.toString());
				System.out.println("Searching.....Number of searched nodes:" + this.closeList.size() + "   Current state:" + this.currentJNode.toString());			

			// (2-3)寻找所有与currentJNode邻接且未曾被访问的节点，将它们按代价估值从小到大排序插入openList中
			followJNodes = this.findFollowJNodes(this.currentJNode);
			while (!followJNodes.isEmpty()) {
				this.sortedInsertOpenList(followJNodes.elementAt(0));
				followJNodes.removeElementAt(0);
			}
		}
		
		this.printResult(pw);	// 记录搜索结果
		pw.close(); 			// 关闭输出文件
		System.out.println("Record into " + filePath);
		return isCompleted;
	}
	
	/* 计算并修改状态节点jNode的代价估计值:f(n)=s(n)。
	 * s(n)代表后续节点不正确的数码个数
	 * @param jNode - 要计算代价估计值的节点；此函数会改变该节点的estimatedValue属性值。
	 */
               private void estimateValue(JigsawNode jNode) {
                int fn = 0;
		// 后续节点不正确的数码个数
                int s = 0;  
                // 所有 放错位的数码与其正确位置的距离 之和
                int errordis = 0; 
                // 所有 放错位的数码 个数
                int errornum = 0;
                int index;
                // 空格的索引下标
                int spaceindex = 0;
                // 该Node的数组
                int[] nodestate = jNode.getNodesState();
		int dimension = JigsawNode.getDimension();
		for(index =1 ; index<dimension*dimension; index++){
			if(nodestate[index]+1!=nodestate[index+1]) {
				s++;
                         }
		}

               for (index =1 ; index<dimension*dimension; index++) {
                      if(index !=  nodestate[spaceindex] && nodestate[index]  !=  index)
                      {
                          errornum++;
                         //  求解曼哈顿距离
                         // 当前坐标
                          int cx, cy, dx,dy;
                           cx = (index - 1) / dimension;
                           cy = (index -1 ) % dimension;
                           dx = (nodestate[index] - 1) / dimension;
                           dy = (nodestate[index] -1) %  dimension;
                           errordis =  errordis+Math.abs(dx-cx) + Math.abs(dy-cy);
                      }
                
               }
                fn = 2*s + errordis + errornum;
		jNode.setEstimatedValue(fn);
	}

BFS和A*算法分别解决N-数码问题

标签：

原文地址：http://my.oschina.net/u/2348884/blog/407911