人工智能導論：狀態(tài)空間搜索實驗—八數(shù)碼問題求解

1、昆明理工大學信息工程與自動化學院學生實驗報告（ 2014 2015 學年 第 一 學期 ）課程名稱：人工智能導論 開課實驗室： 年 月 日年級、專業(yè)、班學號姓名成績實驗項目名稱狀態(tài)空間搜索實驗八數(shù)碼問題求解指導教師胡蓉教師評語該同學是否了解實驗原理： A.了解 B.基本了解 C.不了解 該同學的實驗能力： A.強 B.中等 C.差 該同學的實驗是否達到要求 ： A.達到 B.基本達到 C.未達到實驗報告是否規(guī)范： A.規(guī)范 B.基本規(guī)范 C.不規(guī)范實驗過程是否詳細記錄： A.詳細 B.一般 C.沒有 教師簽名： 年 月 日一、實驗內容和要求八數(shù)碼問題：在3×3的方格棋盤上，擺放著1到

2、8這八個數(shù)碼，有1個方格是空的，其初始狀態(tài)如圖1所示，要求對空格執(zhí)行空格左移、空格右移、空格上移和空格下移這四個操作使得棋盤從初始狀態(tài)到目標狀態(tài)。例如：28312316484705765(a) 初始狀態(tài) (b) 目標狀態(tài)圖1 八數(shù)碼問題示意圖請任選一種盲目搜索算法（廣度優(yōu)先搜索或深度優(yōu)先搜索）或任選一種啟發(fā)式搜索方法（全局擇優(yōu)搜索，加權狀態(tài)圖搜索，A 算法或 A* 算法）編程求解八數(shù)碼問題（初始狀態(tài)任選）。選擇一個初始狀態(tài)，畫出搜索樹，填寫相應的OPEN表和CLOSED表，給出解路徑，對實驗結果進行分析總結，得出結論。實驗報告內容格式要求：XXXXXXXXXXXX（中文：宋體，小四；英文：Ti

3、mes New Roman）。二、實驗目的1. 熟悉人工智能系統(tǒng)中的問題求解過程；2. 熟悉狀態(tài)空間的盲目搜索和啟發(fā)式搜索算法的應用；3. 熟悉對八數(shù)碼問題的建模、求解及編程語言的應用。三、實驗算法啟發(fā)函數(shù)設定 由八數(shù)碼問題的部分狀態(tài)圖可以看出，從初始節(jié)點開始，在通向目標節(jié)點的路徑上，各節(jié)點的數(shù)碼格局同目標節(jié)點相比較，其數(shù)碼不同的位置個數(shù)在逐漸減少，最后為零，因此可以把數(shù)碼不同的位置個數(shù)作為標志一個節(jié)點到目標節(jié)點距離遠近的一個啟發(fā)性信息，利用這個信息來擴展節(jié)點的選擇，減少搜索范圍，提高搜索速度。2、數(shù)據結構與算法設計數(shù)碼結構體typedef struct node /八數(shù)碼結構體int for

4、mNN; /數(shù)碼組int evalue; /評估值，差距int udirec; /所屏蔽方向,防止往回推到上一狀態(tài),1上2下3左4右struct node *parent; /父節(jié)點Graph;Graph *QuMAX;/隊列Graph *StMAX;/堆棧搜索過程：（搜索采用廣度搜索方式，利用待處理隊列輔助，逐層搜索（跳過劣質節(jié)點）a、把初始數(shù)碼組壓入隊列；b、從隊列中取出一個數(shù)碼組節(jié)點；c、擴展子節(jié)點，即從上下左右四個方向移動空格，生成相應子節(jié)點：d、對子節(jié)點數(shù)碼組作評估，是否為優(yōu)越節(jié)點，即其評估值是否小于等于其父節(jié)點加一，是則將其壓入隊，否則拋棄。 e、判斷壓入隊的子節(jié)點數(shù)碼組（優(yōu)越點）

5、的評估值，為零則表示搜索完成，退出搜索； f、跳到步驟2；四、程序框圖起始把s放入open表失敗成功是否open表為空表？是把open表中的第一個節(jié)點n移入close表否擴展節(jié)點n，把其后裔放入open表的前頭是否有后繼節(jié)點為目標節(jié)點？否是 五、實驗結果及分析采用深度優(yōu)先搜索方式 并簡化搜索六、結論813204765 (2)103824765 (3)813024 （0）765813024765 (4)123804765 (5)013824765 (1)Open表 close表01 2 02 3 4 0 12 4 5 6 0 1 3 目標完成七、源程序及注釋#include <s

6、tdio.h>   /設計了搜索深度范圍，防止隊列內存越界#include <stdlib.h>  6、運行結果#include <time.h>    #define N 3 /數(shù)碼組大小  #define Max_Step 50 /最大搜索深度  #define MAX 50    typedef

7、0;struct node/八數(shù)碼結構體        int formNN;/數(shù)碼組      int evalue;/評估值      int udirect;/所屏蔽方向，防止往回推到上已狀態(tài)，1上2下3左4右      struct node *parent;/父節(jié)點&#

8、160; /打印數(shù)碼組  void Print(Graph *The_graph)        int i,j;      if(The_graph=NULL)          printf("圖為空n");     

9、0;else                printf("-n");          for(i=0;i<N;i+)                &

10、#160;       printf("|t");              for(j=0;j<N;j+)                     &#

11、160;          printf("%dt",The_graph->formij);/遍歷打印                            printf("t|n&q

12、uot;);                    printf("|ttt差距:%dt|n",The_graph->evalue);/差距顯示          printf("-n");     &#

13、160;      /評價函數(shù)  int Evaluate(Graph *The_graph,Graph *End_graph)        int valute=0;/差距數(shù)      int i,j;      for(i=0;i<N;i+) &#

14、160;              for(j=0;j<N;j+)                        if(The_graph->formij!=End_graph->formij)

15、0;                               valute+;                 &#

16、160;                  The_graph->evalue=valute;      return valute;      /移動數(shù)碼組  Graph *Move(Graph *The_graph,int Dir

17、ect,int CreatNew_graph)        Graph *New_graph;/      int HasGetBlank=0;/是否獲取空格位置      int AbleMove=1;/是否可移動      int i,j,t_i,t_j,x,y; 

18、0;          for(i=0;i<N;i+)/獲取空格坐標i,j                for(j=0;j<N;j+)                

19、        if(The_graph->formij=0)                                HasGetBlank=1;   &#

20、160;              break;                                  if

21、(HasGetBlank=1)              break;            /printf("空格位置:%d,%dn",i,j);            t_i=i; &#

22、160;    t_j=j;            /移動空格      switch(Direct)                case 1:/上     

23、;         t_i-;              if(t_i<0)                  AbleMove=0;    &

24、#160;         break;          case 2:/下              t_i+;            

25、  if(t_i>=N)                  AbleMove=0;              break;          case&#

26、160;3:/左              t_j-;              if(t_j<0)                  

27、;AbleMove=0;              break;          case 4:/右              t_j+;      

28、;        if(t_j>=N)                  AbleMove=0;              break;     

29、;                           if(AbleMove=0)/不能移動則返回原節(jié)點                return The_

30、graph;            if(CreatNew_graph=1)                New_graph=(Graph *)malloc(sizeof(Graph);/生成節(jié)點         &#

31、160;for(x=0;x<N;x+)                        for(y=0;y<N;y+)                   &#

32、160;            New_graph->formxy=The_graph->formxy;/復制數(shù)碼組                             &#

33、160;       else                New_graph=The_graph;            /移動后      New_graph->formij=N

34、ew_graph->formt_it_j;      New_graph->formt_it_j=0;      /printf("移動產生的新圖:n");      /Print(New_graph);      return New_graph;     

35、0;/搜索函數(shù)  Graph *Search(Graph *Begin,Graph *End)        Graph *g1,*g2,*g;      int Step=0;/深度      int Direct=0;/方向      int i

36、;      int front,rear;      front=rear=-1;/隊列初始化      g=NULL;      rear+;/入隊      Qurear=Begin;      while(rear!=fr

37、ont)/隊列不空                front+;/出隊          g1=Qufront;          /printf("開始第%d個圖:n",front);   

38、;       /Print(g1);          for(i=1;i<=4;i+)/分別從四個方向推導出新子節(jié)點                        Direct=i

39、;              if(Direct=g1->udirect)/跳過屏蔽方向                  continue;           

40、   g2=Move(g1, Direct, 1);/移動數(shù)碼組                            if(g2!=g1)/數(shù)碼組是否可以移動         &

41、#160;                      /可以移動                  Evaluate(g2, End);/評價新的節(jié)點   &#

42、160;              /printf("開始產生的第%d個圖:n",i);                  /Print(g2);         

43、60;        if(g2->evalue<=g1->evalue+1)                                   &#

44、160;    /是優(yōu)越節(jié)點                      g2->parent=g1;                   

45、60;  /移動空格                      switch(Direct)/設置屏蔽方向，防止往回推                    &

46、#160;                           case 1:/上                    

47、;          g2->udirect=2;                              break;      

48、                    case 2:/下                           

49、0;  g2->udirect=1;                              break;              

50、;            case 3:/左                              g2->udirect=4;  

51、0;                           break;                     

52、0;    case 4:/右                              g2->udirect=3;          

53、60;                   break;                             

54、60;                                            rear+;    

55、60;                 Qurear=g2;/存儲節(jié)點到待處理隊列                      if(g2->evalue=0)/為0則搜索完成  

56、60;                                             g=g2;   

57、0;                      /i=5;                          break

58、;                                                  

59、;        else                                        free(g2

60、);/拋棄劣質節(jié)點                      g2=NULL;                         &

61、#160;                                                 &

62、#160;if(g!=NULL)/為0則搜索完成                        if(g->evalue=0)                   

63、             break;                                    

64、        Step+;/統(tǒng)計深度          if(Step>Max_Step)                        break;  

65、;                    return g;      /初始化一個八數(shù)碼結構體  Graph *CR_BeginGraph(Graph *The_graph)        srand(uns

66、igned)time(0);      int M=10;/隨機移動步數(shù)      int Direct;      int i,x,y;      Graph *New_graph;      New_graph=(Graph *)malloc(s

67、izeof(Graph);      for(x=0;x<N;x+)                for(y=0;y<N;y+)                    

68、;    New_graph->formxy=The_graph->formxy;                      for(i=0;i<M;i+)              

69、;  Direct=rand()%4+1;/產生14隨機數(shù)          /printf("Direct:%dn",Direct);          New_graph=Move(New_graph, Direct, 0);         &

70、#160;/Print(New_graph);                  New_graph->evalue=0;      New_graph->udirect=0;      New_graph->parent=NULL;    

71、        return New_graph;      int main (int argc, const char * argv)              / insert code here.

72、60;     /*     Graph Begin_graph=         2,8,3,1,6,4,0,7,5,0,0,NULL               Graph Begin_graph=   &

73、#160;     2,8,3,1,0,4,7,6,5,0,0,NULL                    Graph Begin_graph=         2,0,1,4,6,5,3,7,8,0,0,NULL  

74、0;       */            /目標數(shù)碼組      Graph End_graph=          1,2,3,8,0,4,7,6,5,0,0,NULL     

75、60;            /初始數(shù)碼組      Graph *Begin_graph;      Begin_graph=CR_BeginGraph(&End_graph);/隨機產生初始數(shù)碼組      Evaluate(Begin_graph, &End_graph);/對初始的數(shù)碼組評價      printf("初始數(shù)碼組:n");      Print(Begin_graph);      printf("目標數(shù)碼組:n");