C++基于人工智能搜索策略解決農(nóng)夫過河問題示例

來源：本站原創(chuàng)|時間：2020-01-10|欄目：C語言|點擊：次

本文實例講述了C++基于人工智能搜索策略解決農(nóng)夫過河問題。分享給大家供大家參考，具體如下：

問題描述

一農(nóng)夫帶著一頭狼，一只羊和一個白菜過河，小船只能一次裝載農(nóng)夫和一樣貨物，狼會吃羊，羊會吃白菜，只有農(nóng)夫在時才安全。現(xiàn)欲讓所有物品包括農(nóng)夫都安全過道河對岸，求最佳答案。

狀態(tài)空間

用16*4的矩陣：a[16][4]，存放每一步的狀態(tài)，第一列表示農(nóng)夫的狀態(tài)，第二列表示菜的狀態(tài)，第三列表示羊的狀態(tài)，第四列表示狐貍的狀態(tài)，數(shù)組a里面的元素只為0或1，0代表在左岸，1代表在右岸。

初始狀態(tài)a[0][0]=a[0][1]=a[0][2]=a[0][3]=0,目標狀態(tài)是矩陣的某一行全為1。

操作規(guī)則

1. 農(nóng)夫做往返運動，即第i步中，a[i][0] = i%2。
2. 每次農(nóng)夫過河，可以選擇帶一件貨物，也可以選擇不帶。
3. 在農(nóng)夫不在場的情況下，狼和羊不能在一起，羊和白菜不能在一起。

搜索策略

為了避免重復(fù)，我們將搜索過的狀態(tài)放到set中，之后避開搜索這個狀態(tài)即可。

我們使用深度優(yōu)先搜索。搜索過程為：農(nóng)夫做往返運動，當農(nóng)夫從左岸到右岸時，優(yōu)先選擇帶貨物過河，當農(nóng)夫從右岸到左岸時，優(yōu)先選擇不帶貨物過河。做出選擇之后，前進一步，看看是否達到目標狀態(tài)，如果沒有達到，則農(nóng)夫繼續(xù)往返，知道搜索到目標狀態(tài)，或者找不到解為止。

C++代碼實現(xiàn)

#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[])//將當前狀態(tài)轉(zhuǎn)化為10進制數(shù) 
{
  return a[0]*8+a[1]*4+a[2]*2+a[3];
}
void show(int a[])//顯示結(jié)果函數(shù) 
{
  cout<<"      左邊：";
  for(int i=1;i<=3;i++)
    if(a[i]==0)
      cout<<t[i]<<" ";
  cout<<"  ";
  cout<<"右邊：";
  for(int i=1;i<=3;i++)
    if(a[i]==1)
      cout<<t[i]<<" ";
  cout<<endl<<endl; 
}
void bringSomething(int i)//假設(shè)農(nóng)夫會帶走某個東西 
{
  for(int j=1;j<=3;j++)
  {
    if(a[i][j]==a[i][0])//若j原來和農(nóng)夫同一個位置，則農(nóng)夫有可能將j帶走。 
    {
      a[i+1][j]=a[i+1][0];//假設(shè)將j帶走 
      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層將j帶走時滿足條件，則繼續(xù)搜索第i+1層 
      {
        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 //若不滿足條件則恢復(fù) 
      {
        a[i+1][j]=a[i][j];
      }      
    }
  }
}
void bringNothing(int i)//假設(shè)農(nóng)夫什么也不帶走 
{
  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<<"農(nóng)夫從左邊去右邊，什么也不帶";
    else 
      cout<<"農(nóng)夫從右邊回左邊，什么也不帶";
    show(a[i+1]);
    s.insert(count1(a[i+1]));
    search(i+1);
    level++;
  }
  else 
    b[i]=0;
}
void search(int i)//從第i層開始搜索判斷第i+1層可能的情況 
{ 
  if(i>=16||count1(a[i])==15)
    return;
  for(int j=1;j<=3;j++)//用第i層來初始化第i+1層 
  {
    a[i+1][j]=a[i][j];
  }
  b[i]=-1;
  if(i%2==1)//在右岸，先考慮農(nóng)夫什么也不帶走 
  {
    bringNothing(i);
    if(b[i]==0)
      bringSomething(i);
  }
  else{//在左岸，先考慮農(nóng)夫會帶走某一樣?xùn)|西。 
    bringSomething(i);
    if(b[i]!=1)
      bringNothing(i);
  }
}
int main()
{  
  ss[0]="農(nóng)夫從左邊去右邊，帶上";
  ss[1]="農(nóng)夫從右邊回左邊，帶上";
  t[1]="菜";
  t[2]="羊";
  t[3]="狐貍";
  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);  //先將初始狀態(tài)儲存起來 
  search(0); //從第0層開始搜索 
  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;
}

結(jié)果

農(nóng)夫從右邊回左邊，什么也不帶 左邊：菜 狐貍 右邊：羊

農(nóng)夫從左邊去右邊，帶上菜 左邊：狐貍 右邊：菜 羊

農(nóng)夫從右邊回左邊，帶上羊 左邊：羊 狐貍 右邊：菜

農(nóng)夫從左邊去右邊，帶上狐貍 左邊：羊 右邊：菜 狐貍

農(nóng)夫從右邊回左邊，什么也不帶 左邊：羊 右邊：菜 狐貍

農(nóng)夫從左邊去右邊，帶上羊 左邊： 右邊：菜 羊 狐貍

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

希望本文所述對大家C++程序設(shè)計有所幫助。

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