《人工智能导论》上机实验指导书
基于人工智能的状态空间搜索策略研究
——八数码问题求解
(一)实验软件
TC2.0 或 VC6.0 编程语言或其它编程语言
(二)实验目的
1. 熟悉人工智能系统中的问题求解过程;
2. 熟悉状态空间的盲目搜索和启发式搜索算法的应用;
3. 熟悉对八数码问题的建模、求解及编程语言的应用。
(三)需要的预备知识
1. 熟悉TC2.0 或 VC6.0 编程语言或者其它编程语言;
2. 熟悉状态空间的宽度优先搜索、深度优先搜索和启发式搜索算法;
3. 熟悉计算机语言对常用数据结构如链表、队列等的描述应用;
4. 熟悉计算机常用人机接口设计。
(四)实验数据及步骤
1. 实验内容
八数码问题:在3×3的方格棋盘上,摆放着1到8这八个数码,有1个方格是
空的,其初始状态如图1所示,要求对空格执行空格左移、空格右移、空格上移
和空格下移这四个操作使得棋盘从初始状态到目标状态。
2
3
1
5
8
4
7
6
1
8
7
2
6
3
4
5
(a) 初始状态
(b) 目标状态
图 1 八数码问题示意图
请任选一种盲目搜索算法(深度优先搜索或宽度优先搜索)或 任选一种启
发式搜索方法(A 算法或 A* 算法)编程求解八数码问题(初始状态任选),
并对实验结果进行分析,得出合理的结论。
2. 实验步骤
(1)分析算法基本原理和基本流程;
程序采用宽度优先搜索算法,基本流程如下:
2
是
失败
起始
把 s 放入 open 表
是 否 open 表 为
空表?
否
把 open 表中的第一个节点 n
移入 close 表
扩展节点 n,把其后裔放入
open 表的前头
否
是 否 有 后 继 节 点
为目标节点?
是
成功
3
(2)确定对问题描述的基本数据结构,如 Open 表和 Closed 表等;
OPEN
S
A,B,C
B,C,D,E,F
C,D,E,F,G
D,E,F,G,H
CLOSED
S
S,A
S,A,B
S,A,B,C
E,F,G,H,I,J
F,G,H,I,J K,L
S,A,B,C,D
S,A,B,C,D,E
G,H,I,J K,L,M,N
S,A,B,C,D,E,F
H,I,J K,L,M,N,O,P
S,A,B,C,D,E,F,G
(3)编写算符运算、目标比较等函数;
(4)编写输入、输出接口;
(5)全部模块联调;
(6)撰写实验报告。
(五)实验报告要求
所撰写的实验报告必须包含以下内容:
1. 算法基本原理和流程框图;
2. 基本数据结构分析和实现;
3. 编写程序的各个子模块,按模块编写文档,含每个模块的建立时间、功
能、输入输出参数意义和与其它模块联系等;
4. 程序运行结果,含使用的搜索算法及搜索路径等;
5. 实验结果分析;
6. 结论;
7. 提供全部源程序及软件的可执行程序。
4
附:实验报告格式
一、实验问题
二、实验目的
三、实验原理
四、程序框图
五、实验结果及分析
六、结论
七、源程序及注释
#include
#include
father;/*指向产生自身的父结点*/
int n,m;
typedef struct Node
{
char matrix[10];/*存储矩阵*/
char operate;/*存储不可以进行的操作,L 代表不能左移 R 代表不能右移 U 代表不能上移 D
代表不能下移*/
char extend;/*是否可以扩展,Y 代表可以,N 代表不可以*/
int
}Node;
char start[10]={"83426517 "};/*此处没有必要初始化*/
char end[10]={"1238 4765"};/*此处没有必要初始化*/
Node base[4000];
int result[100];/*存放结果的 base 数组下标号,逆序存放*/
int match()/*判断是否为目标*/
{
int i;
for(i=0;i<9;i++)
{
if(base[n-1].matrix[i]!=end[i])
{
return 0;
}
}
return 1;
}
void show()/*显示矩阵的内容*/
{
int i=1;
while(m>=0)
{
5
int mm=result[m];
//clrscr();
printf("\n\n\n 状态方格\t\t 步骤 %d",i);
printf("\n\n\n\n\n\t\t\t%c\t%c\t%c\n",base[mm].matrix[0],base[mm].matrix[1],base[mm].matrix[2])
;
printf("\n\n\t\t\t%c\t%c\t%c\n",base[mm].matrix[3],base[mm].matrix[4],base[mm].matrix[5]);
printf("\n\n\t\t\t%c\t%c\t%c\n",base[mm].matrix[6],base[mm].matrix[7],base[mm].matrix[8]);
//sleep(1);
m--;
i++;
}
}
void leave()/*推理成功后退出程序之前要执行的函数,主要作用是输出结果*/
{
n--;
while(base[n].father!=-1)
{
result[m]=n;
m++;
n=base[n].father;
}
result[m]=0;
result[m+1]='\0';
show();
//clrscr();
printf("\n\n\n\n\n\n\n\n\n\t\t\t\t 搜索结束\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n");
getch();
//exit(0);
}
int left(int x)/*把下标为 X 的数组中的矩阵的空格左移*/
{
int i,j;
char ch;
for(i=0;i<9;i++)
{
if(base[x].matrix[i]==' ')
break;
}
if(i==0||i==3||i==6||i==9)
{
return 0;
6
}
for(j=0;j<9;j++)
{
base[n].matrix[j]=base[x].matrix[j];
}
ch=base[n].matrix[i-1];
base[n].matrix[i-1]=base[n].matrix[i];
base[n].matrix[i]=ch;
base[n].operate='R';
base[n].extend='Y';
base[n].father=x;
base[x].extend='N';
n++;
if(match(i))
leave();
return 1;
}
int right(int x)/*把下标为 X 的数组中的矩阵的空格右移*/
{
int i,j;
char ch;
for(i=0;i<9;i++)
{
if(base[x].matrix[i]==' ')
break;
}
if(i==2||i==5||i==8||i==9)
{
return 0;
}
for(j=0;j<9;j++)
{
base[n].matrix[j]=base[x].matrix[j];
}
ch=base[n].matrix[i+1];
base[n].matrix[i+1]=base[n].matrix[i];
base[n].matrix[i]=ch;
base[n].operate='L';
base[n].extend='Y';
7
base[n].father=x;
base[x].extend='N';
n++;
if(match(i))
leave();
return 1;
}
int up(int x)/*把下标为 X 的数组中的矩阵的空格上移*/
{
int i,j;
char ch;
for(i=0;i<9;i++)
{
if(base[x].matrix[i]==' ')
break;
}
if(i==0||i==1||i==2||i==9)
{
return 0;
}
for(j=0;j<9;j++)
{
base[n].matrix[j]=base[x].matrix[j];
}
ch=base[n].matrix[i-3];
base[n].matrix[i-3]=base[n].matrix[i];
base[n].matrix[i]=ch;
base[n].operate='D';
base[n].extend='Y';
base[n].father=x;
base[x].extend='N';
n++;
if(match(i))
leave();
return 1;
}
int down(int x)/*把下标为 X 的数组中的矩阵的空格下移*/
{
int i,j;
8