基于A星算法的8数码问题程序源代码.docx
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基于A星算法的8数码问题程序源代码
#include"Stdio.h"
#include"Conio.h"
#include"stdlib.h"
#include"math.h"
voidCopy_node（structnode*p1,structnode*p2）;
voidCalculate_f（intdeepth,structnode*p）;
voidAdd_to_open（structnode*p）;
voidAdd_to_closed（structnode*p）;
voidRemove_p（structnode*name,structnode*p）;
intTest_A_B（structnode*p1,structnode*p2）;
structnode*Solution_Astar（structnode*p）;
voidExpand_n（structnode*p）;
structnode*Search_A（structnode*name,structnode*temp）;
voidPrint_result（structnode*p）;
/*定义8数码的节点状态*/
typedefstructnode
{
ints[3][3];//当前8数码的状态
inti_0;//当前空格所在行号
intj_0;//当前空格所在列号
intf;//当前代价值
intd;//当前节点深度
inth;//启发信息，采用数码“不在位”距离和
structnode*father;//指向解路径上该节点的父节点
structnode*next;//指向所在open或closed表中的下一个元素
};
structnodes_0={{3,8,2,1,0,5,7,6,4},1,1,0,0,0,NULL,NULL};//定义初始状态
structnodes_g={{1,2,3,8,0,4,7,6,5},1,1,0,0,0,NULL,NULL};//定义目标状态
structnode*open=NULL;//建立open表指针
structnode*closed=NULL;//建立closed表指针
intsum_node=0;//用于记录扩展节点总数
intmain（void）
{
structnodes,*target;
Copy_node（&s_0,&s）;
Calculate_f（0,&s）;//拷贝8数码初始状态，初始化代价值
target=Solution_Astar（&s）;//求解主程序
if（target）Print_result（target）;//输出解路径
elseprintf（"问题求解失败！
"）;
getch（）;
return0;
}
/******************************************/
/*A*算法*/
/******************************************/
structnode*Solution_Astar（structnode*p）
{
structnode*n,*temp;
Add_to_open（p）;//将s_0放入open表
while（open!
=NULL）//只要open表中还有元素，就继续对代价最小的节点进行扩展
{
n=open;//n指向open表中当前要扩展的元素
temp=open->next;
Add_to_closed（n）;
open=temp;
if（Test_A_B（n,&s_g））//当前n指向节点为目标时，跳出程序结束；否则，继续下面的步骤
returnn;
Expand_n（n）;//扩展节点n
}
returnNULL;
}
/*******************************************************/
/*生成当前节点n通过走步可以得到的所有状态*/
/*******************************************************/
voidExpand_n（structnode*p）
{
structnode*temp,*same;
if（p->j_0>=1）//空格所在列号不小于1,可左移
{
temp=p->father;
if（temp!
=NULL&&temp->i_0==p->i_0&&temp->j_0-1==p->j_0）//新节点与其祖父节点相同
;
else//新节点与其祖父节点不同，或其父节点为起始节点
{
temp=（structnode*）malloc（sizeof（structnode））;//给新节点分配空间
Copy_node（p,temp）;//拷贝p指向的节点状态
temp->s[temp->i_0][temp->j_0]=temp->s[temp->i_0][temp->j_0-1];//空格左移
temp->s[temp->i_0][temp->j_0-1]=0;
temp->j_0--;
temp->d++;
Calculate_f（temp->d,temp）;//修改新节点的代价值
temp->father=p;//新节点指向其父节点
if（same=Search_A（closed,temp））//在closed表中找到与新节点状态相同的节点
{
if（temp->ff）//temp指向的节点,其代价比closed表中相同状态节点代价小，加入open表
{
Remove_p（closed,same）;//从closed表中删除与temp指向节点状态相同的节点
Add_to_open（temp）;
sum_node++;
}
else;
}
elseif（same=Search_A（open,temp））//在open表中找到与新节点状态相同的节点
{
if（temp->ff）//temp指向的节点,其代价比open表中相同状态节点代价小，加入open表
{
Remove_p（open,same）;//从open表中删除与temp指向节点状态相同的节点
Add_to_open（temp）;
sum_node++;
}
else;
}
else//新节点为完全不同的新节点，加入open表
{
Add_to_open（temp）;
sum_node++;
}
}
}//end左移
if（p->j_0<=1）//空格所在列号不大于1,可右移
{
temp=p->father;
if（temp!
=NULL&&temp->i_0==p->i_0&&temp->j_0+1==p->j_0）//新节点与其祖父节点相同
;
else//新节点与其祖父节点不同，或其父节点为起始节点
{
temp=（structnode*）malloc（sizeof（structnode））;//给新节点分配空间
Copy_node（p,temp）;//拷贝p指向的节点状态
temp->s[temp->i_0][temp->j_0]=temp->s[temp->i_0][temp->j_0+1];//空格右移
temp->s[temp->i_0][temp->j_0+1]=0;
temp->j_0++;
temp->d++;
Calculate_f（temp->d,temp）;//修改新节点的代价值
temp->father=p;//新节点指向其父节点
if（same=Search_A（closed,temp））//在closed表中找到与新节点状态相同的节点
{
if（temp->ff）//temp指向的节点,其代价比closed表中相同状态节点代价小，加入open表
{
Remove_p（closed,same）;//从closed表中删除与temp指向节点状态相同的节点
Add_to_open（temp）;
sum_node++;
}
else;
}
elseif（same=Search_A（open,temp））//在open表中找到与新节点状态相同的节点
{
if（temp->ff）//temp指向的节点,其代价比open表中相同状态节点代价小，加入open表
{
Remove_p（open,same）;//从open表中删除与temp指向节点状态相同的节点
Add_to_open（temp）;
sum_node++;
}
else;
}
else//新节点为完全不同的新节点，加入open表
{
Add_to_open（temp）;
sum_node++;
}
}
}//end右移
if（p->i_0>=1）//空格所在列号不小于1,上移
{
temp=p->father;
if（temp!
=NULL&&temp->i_0==p->i_0-1&&temp->j_0==p->j_0）//新节点与其祖父节点相同
;
else//新节点与其祖父节点不同，或其父节点为起始节点
{
temp=（structnode*）malloc（sizeof（structnode））;//给新节点分配空间
Copy_node（p,temp）;//拷贝p指向的节点状态
temp->s[temp->i_0][temp->j_0]=temp->s[temp->i_0-1][temp->j_0];//空格上移
temp->s[temp->i_0-1][temp->j_0]=0;
temp->i_0--;
temp->d++;
Calculate_f（temp->d,temp）;//修改新节点的代价值
temp->father=p;//新节点指向其父节点
if（same=Search_A（closed,temp））//在closed表中找到与新节点状态相同的节点
{
if（temp->ff）//temp指向的节点,其代价比closed表中相同状态节点代价小，加入open表
{
Remove_p（closed,same）;//从closed表中删除与temp指向节点状态相同的节点
Add_to_open（temp）;
sum_node++;
}
else;
}
elseif（same=Search_A（open,temp））//在open表中找到与新节点状态相同的节点
{
if（temp->ff）//temp指向的节点,其代价比open表中相同状态节点代价小，加入open表
{
Remove_p（open,same）;//从open表中删除与temp指向节点状态相同的节点
Add_to_open（temp）;
sum_node++;
}
else;
}
else//新节点为完全不同的新节点，加入open表
{
Add_to_open（temp）;
sum_node++;
}
}
}//end上移
if（p->i_0<=1）//空格所在列号不大于1,下移
{
temp=p->father;
if（temp!
=NULL&&temp->i_0==p->i_0+1&&temp->j_0==p->j_0）//新节点与其祖父节点相同
;
else//新节点与其祖父节点不同，或其父节点为起始节点
{
temp=（structnode*）malloc（sizeof（structnode））;//给新节点分配空间
Copy_node（p,temp）;//拷贝p指向的节点状态
temp->s[temp->i_0][temp->j_0]=temp->s[temp->i_0+1][temp->j_0];//空格下移
temp->s[temp->i_0+1][temp->j_0]=0;
temp->i_0++;
temp->d++;
Calculate_f（temp->d,temp）;//修改新节点的代价值
temp->father=p;//新节点指向其父节点
if（same=Search_A（closed,temp））//在closed表中找到与新节点状态相同的节点
{
if（temp->ff）//temp指向的节点,其代价比closed表中相同状态节点代价小，加入open表
{
Remove_p（closed,same）;//从closed表中删除与temp指向节点状态相同的节点
Add_to_open（temp）;
sum_node++;
}
else;
}
elseif（same=Search_A（open,temp））//在open表中找到与新节点状态相同的节点
{
if（temp->ff）//temp指向的节点,其代价比open表中相同状态节点代价小，加入open表
{
Remove_p（open,same）;//从open表中删除与temp指向节点状态相同的节点
Add_to_open（temp）;
sum_node++;
}
else;
}
else//新节点为完全不同的新节点，加入open表
{
Add_to_open（temp）;
sum_node++;
}
}
}//end下移
}
/*******************************************************/
/*添加p指向的节点到open表中*/
/*******************************************************/
voidAdd_to_open（structnode*p）
{
structnode*p1,*p2;
p1=open;//初始时p1指向open表首部
p2=NULL;
if（open==NULL）//open表为空时，待插入节点即为open表第一个元素，open指向该元素
{
p->next=NULL;
open=p;
}
else//open表不为空时，添加待插入节点，并保证open表代价递增的排序
{
while（p1!
=NULL&&p->f>p1->f）
{
p2=p1;//p2始终指向p1指向的前一个元素
p1=p1->next;
}
if（p2==NULL）//待插入节点为当前open表最小
{
p->next=open;
open=p;
}
elseif（p1==NULL）//待插入节点为当前open表最大
{
p->next=NULL;
p2->next=p;
}
else//待插入节点介于p2、p1之间
{
p2->next=p;
p->next=p1;
}
}
}
/*******************************************************/
/*添加p指向的节点到closed表中*/
/*******************************************************/
voidAdd_to_closed（structnode*p）
{
if（closed==NULL）//closed表为空时，p指向节点为closed表第一个元素，closed指向该元素
{
p->next=NULL;
closed=p;
}
else//closed表不为空时，直接放到closed表首部
{
p->next=closed;
closed=p;
}
}
/**************************************************************/
/*在open表或closed表中搜索与temp指向节点状态相同的节点，*/
/*返回搜索到的节点地址*/
/**************************************************************/
structnode*Search_A（structnode*name,structnode*temp）
{
structnode*p1;
p1=name;//p1指向open表或closed表
while（p1!
=NULL）
{
if（Test_A_B（p1,temp））//找到相同的节点，返回该节点地址
returnp1;
else
p1=p1->next;
}
returnNULL;
}
/**********************************************************/
/*判断两个节点A、B状态是否相同，相同则返回1，否则返回0*/
/**********************************************************/
intTest_A_B（structnode*p1,structnode*p2）
{
inti,j,flag;
flag=1;
for（i=0;i<=2;i++）
for（j=0;j<=2;j++）
{
if（（p2->s[i][j]）!
=（p1->s[i][j]））{flag=0;returnflag;}
else;
}
returnflag;
}
/*******************************************************/
/*从open表或closed表删除指定节点*/
/*******************************************************/
voidRemove_p（structnode*name,structnode*p）
{
structnode*p1,*p2;
p1=NULL;
p2=NULL;
if（name==NULL）//如果name指向的链表为空，则不需要进行删除
return;
elseif（Test_A_B（name,p）&&name->f==p->f）//指定节点为name指向的链表的第一个元素
{
open=name->next;
name->next=NULL;
return;
}
else
{
p2=name;
p1=p2->next;
while（p1）
{
if（Test_A_B（p1,p）&&p1->f==p->f）//找到指定节点
{
p2->next=p1->next;
return;
}
else
{
p2=p1;//p2始终指向p1指向的前一个元素
p1=p1->next;
}
}
return;
}
}
/******************************************/
/*计算某个节点状态的代价值*/
/******************************************/
voidCalculate_f（intdeepth,structnode*p）
{
inti,j,temp;
temp=0;
for（i=0;i<=2;i++）//计算所有“不在位”数码的距离和
{
for（j=0;j<=2;j++）
{
switch（p->s[i][j]）
{
case0:
temp+=abs（i-1）+abs（j-1）;break;
case1:
temp+=abs（i-0）+abs（j-0）;break;
case2:
temp+=abs（i-0）+abs（j-1）;break;
case3:
temp+=abs（i-0）+abs（j-2）;break;
case4:
temp+=abs（i-1）+abs（j-2）;break;
case5:
temp+=abs（i-2）+abs（j-2）;break;
case6:
temp+=abs（i-2）+abs（j-1）;break;
case7:
temp+=abs（i-2）+abs（j-0）;break;
case8:
temp+=abs（i-1）+abs（j-0）;break;
}
}
}
p->h=temp;
p->f=deepth+p->h;
}
/********************************************/
/*将p1指向的节点状态拷贝到p2指向的节点中*/
/********************************************/
voidCopy_node（structnode*p1,structnode*p2）
{
inti,j;
for（i=0;i<=2;i++）
{
for（j=0;j<=2;j++）
{p2->s[i][j]=p1->s[i][j];}
}
p2->i_0=p1->i_0;
p2->j_0=p1->j_0;
p2->f=p1->f;
p2->d=p1->d;
p2->h=p1->h;
p2->next=p1->next;
p2->father=p1->father;
}
/********************************************/
/*输出解路径*/
/****************************
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