C++基于人工智能搜索策略如何解決農夫過河問題

這篇文章主要為大家展示了“C++基于人工智能搜索策略如何解決農夫過河問題”，內容簡而易懂，條理清晰，希望能夠幫助大家解決疑惑，下面讓小編帶領大家一起研究并學習一下“C++基于人工智能搜索策略如何解決農夫過河問題”這篇文章吧。

具體如下：

問題描述

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

狀態空間

用16*4的矩陣：a[16][4]，存放每一步的狀態，第一列表示農夫的狀態，第二列表示菜的狀態，第三列表示羊的狀態，第四列表示狐貍的狀態，數組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a[0][0]=a[0][1]=a[0][2]=a[0][3]=0,目標狀態是矩陣的某一行全為1。

操作規則

1. 農夫做往返運動，即第i步中，a[i][0] = i%2。
2. 每次農夫過河，可以選擇帶一件貨物，也可以選擇不帶。
3. 在農夫不在場的情況下，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，我們將搜索過的狀態放到set中，之后避開搜索這個狀態即可。

我們使用深度優先搜索。搜索過程為：農夫做往返運動，當農夫從左岸到右岸時，優先選擇帶貨物過河，當農夫從右岸到左岸時，優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，如果沒有達到，則農夫繼續往返，知道搜索到目標狀態，或者找不到解為止。

C++代碼實現

#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[])//將當前狀態轉化為10進制數 
{
  return a[0]*8+a[1]*4+a[2]*2+a[3];
}
void show(int a[])//顯示結果函數 
{
  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)//假設農夫會帶走某個東西 
{
  for(int j=1;j<=3;j++)
  {
    if(a[i][j]==a[i][0])//若j原來和農夫同一個位置，則農夫有可能將j帶走。 
    {
      a[i+1][j]=a[i+1][0];//假設將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 
      {
        a[i+1][j]=a[i][j];
      }      
    }
  }
}
void bringNothing(int i)//假設農夫什么也不帶走 
{
  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<<"農夫從左邊去右邊，什么也不帶";
    else 
      cout<<"農夫從右邊回左邊，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，先考慮農夫什么也不帶走 
  {
    bringNothing(i);
    if(b[i]==0)
      bringSomething(i);
  }
  else{//在左岸，先考慮農夫會帶走某一樣東西。 
    bringSomething(i);
    if(b[i]!=1)
      bringNothing(i);
  }
}
int main()
{  
  ss[0]="農夫從左邊去右邊，帶上";
  ss[1]="農夫從右邊回左邊，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;
}

結果

農夫從右邊回左邊，什么也不帶 左邊：菜 狐貍 右邊：羊

農夫從左邊去右邊，帶上菜 左邊：狐貍 右邊：菜 羊

農夫從右邊回左邊，帶上羊 左邊：羊 狐貍 右邊：菜

農夫從左邊去右邊，帶上狐貍 左邊：羊 右邊：菜 狐貍

農夫從右邊回左邊，什么也不帶 左邊：羊 右邊：菜 狐貍

農夫從左邊去右邊，帶上羊 左邊： 右邊：菜 羊 狐貍

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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

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