C++基于人工智能搜索策略解决农夫过河问题示例

2022-08-03 19:37
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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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