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
#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
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。
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