奧鵬大連理工大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院《人工智能》課程設(shè)計

奧鵬大連理工大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院《人工智能》課程設(shè)計學(xué)習(xí)中心：***專業(yè)：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)年級：***學(xué)號：***學(xué)生：***題目：題目一：A*算法1.談?wù)勀銓Ρ菊n程學(xué)習(xí)過程中的心得體會與建議？A*算法是一種有序搜索算法，其特點在于對估價函數(shù)的定義上。對于一般的有序搜索，總是選擇f值最小的節(jié)點作為擴(kuò)展節(jié)點。通過本學(xué)期學(xué)習(xí)，我熟悉啟發(fā)式搜索的定義、估價函數(shù)和算法過程，并利用A*算法求解了8數(shù)碼難題，理解了求解流程和搜索順序。本次課程實踐過程中鞏固了所學(xué)的知識，通過實踐也提高了自己的編程和思維能力，收獲很多。2.《人工智能》課程設(shè)計,從以下5個題目中任選其一作答。題目一：A*算法一、算法思路A*算法是一種有序搜索算法，其特點在于對估價函數(shù)的定義上。對于一般的有序搜索，總是選擇f值最小的節(jié)點作為擴(kuò)展節(jié)點。因此，f是根據(jù)需要找到一條最小代價路徑的觀點來估算節(jié)點的，所以，可考慮每個節(jié)點n的估價函數(shù)值為兩個分量：從起始節(jié)點到節(jié)點n的代價以及從節(jié)點n到達(dá)目標(biāo)節(jié)點的代價。A*算法基本步驟1）生成一個只包含開始節(jié)點n0的搜索圖G，把n放在一個叫OPEN的列表上。2）生成一個列表CLOSED，它的初始值為空。3）如果OPEN表為空，則失敗退出。4）選擇OPEN上的第一個節(jié)點，把它從OPEN中移入CLPSED，稱該節(jié)點為n。5）如果n是目標(biāo)節(jié)點，順著G中，從n到n的指針找到一條路徑，獲得解決方案，成功退出（該指針定義了一個搜索樹，在第7步建立）。6）擴(kuò)展節(jié)點n，生成其后繼結(jié)點集M，在G中，n的祖先不能在M中。在G中安置M的成員，使他們成為n的后繼。7）從M的每一個不在G中的成員建立一個指向n的指針（例如，既不在OPEN中，的這些成員加到OPEN中。對M的每一個已在OPEN中或也不在CLOSED中）。把M1CLOSED中的成員m，如果到目前為止找到的到達(dá)m的最好路徑通過n，就把它的指針指向n。對已在CLOSED中的M的每一個成員，重定向它在G中的每一個后繼，以使它們順著到目前為止發(fā)現(xiàn)的最好路徑指向它們的祖先。8）按遞增f*值，重排OPEN（相同最小f*值可根據(jù)搜索樹中的最深節(jié)點來解決）。9）返回第3步。在第7步中，如果搜索過程發(fā)現(xiàn)一條路徑到達(dá)一個節(jié)點的代價比現(xiàn)存的路徑代價低，就要重定向指向該節(jié)點的指針。已經(jīng)在CLOSED中的節(jié)點子孫的重定向保存了后面的搜索結(jié)果，但是可能需要指數(shù)級的計算代價。二、算法程序框圖三、程序代碼#include#include#includeusingnamespacestd;constintROW=3;//行數(shù)constintCOL=3;//列數(shù)constintMAXDISTANCE=10000;//最多可以有的表的數(shù)目constintMAXNUM=10000;typedefstruct_Node{intdigit[ROW][COL];intdist;//一個表和目的表的距離intdep;//t深度intindex;//節(jié)點的位置}Node;Nodesrc,dest;//父節(jié)表目的表vectornode_v;//存儲節(jié)點boolisEmptyOfOPEN()//open表是否為空{(diào)for(inti=0;i<node_v.size();i++){if(node_v[i].dist!=MAXNUM)returnfalse;}returntrue;}boolisEqual(intindex,intdigit[][COL])//判斷這個最優(yōu)的節(jié)點是否和目的節(jié)點一樣{for(inti=0;i<ROW;i++)for(intj=0;j<COL;j++){if(node_v[index].digit[i][j]!=digit[i][j])returnfalse;}returntrue;}ostream&operator<<(ostream&os,Node&node){for(inti=0;i<ROW;i++){for(intj=0;j<COL;j++)os<<node.digit[i][j]<<'';os<<endl;}returnos;}voidPrintSteps(intindex,vector&rstep_v)//輸出每一個遍歷的節(jié)點深度遍歷{rstep_v.push_back(node_v[index]);index=node_v[index].index;while(index!=0){rstep_v.push_back(node_v[index]);index=node_v[index].index;for(inti=rstep_v.size()-1;i>=0;i--)//輸出每一步的探索過程cout<<"Step"<<rstep_v.size()-i<<endl<<rstep_v[i]<<endl;}voidSwap(int&a,int&b){intt;t=a;a=b;b=t;}voidAssign(Node&node,intindex){for(inti=0;i<ROW;i++)for(intj=0;j<COL;j++)node.digit[i][j]=node_v[index].digit[i][j];}intGetMinNode()//找到最小的節(jié)點的位置即最優(yōu)節(jié)點{intdist=MAXNUM;intloc;//thelocationofminimizenodefor(inti=0;i<node_v.size();i++){if(node_v[i].dist==MAXNUM)continue;elseif((node_v[i].dist+node_v[i].dep)<dist){loc=i;dist=node_v[i].dist+node_v[i].dep;}}returnloc;}boolisExpandable(Node&node){for(inti=0;i<node_v.size();i++){if(isEqual(i,node.digit))returnfalse;returntrue;}intDistance(Node&node,intdigit[][COL]){intdistance=0;boolflag=false;for(inti=0;i<ROW;i++)for(intj=0;j<COL;j++)for(intk=0;k<ROW;k++){for(intl=0;l<COL;l++){if(node.digit[i][j]==digit[k][l]){distance+=abs(i-k)+abs(j-l);flag=true;break;}elseflag=false;}if(flag)break;}returndistance;}intMinDistance(inta,intb){return(a<b?a:b);}voidProcessNode(intindex){intx,y;boolflag;for(inti=0;i<ROW;i++){for(intj=0;j<COL;j++){if(node_v[index].digit[i][j]==0){x=i;y=j;flag=true;break;}elseflag=false;if(flag)break;}Nodenode_up;Assign(node_up,index);//向上擴(kuò)展的節(jié)點intdist_up=MAXDISTANCE;if(x>0){Swap(node_up.digit[x][y],node_up.digit[x-1][y]);if(isExpandable(node_up)){dist_up=Distance(node_up,dest.digit);node_up.index=index;node_up.dist=dist_up;node_up.dep=node_v[index].dep+1;node_v.push_back(node_up);}}Nodenode_down;Assign(node_down,index);//向下擴(kuò)展的節(jié)點intdist_down=MAXDISTANCE;if(x<2){Swap(node_down.digit[x][y],node_down.digit[x+1][y]);if(isExpandable(node_down)){dist_down=Distance(node_down,dest.digit);node_down.index=index;node_down.dist=dist_down;node_down.dep=node_v[index].dep+1;node_v.push_back(node_down);}}Nodenode_left;Assign(node_left,index);//向左擴(kuò)展的節(jié)點intdist_left=MAXDISTANCE;if(y>0){Swap(node_left.digit[x][y],node_left.digit[x][y-1]);if(isExpandable(node_left))dist_left=Distance(node_left,dest.digit);node_left.index=index;node_left.dist=dist_left;node_left.dep=node_v[index].dep+1;node_v.push_back(node_left);}}Nodenode_right;Assign(node_right,index);//向右擴(kuò)展的節(jié)點intdist_right=MAXDISTANCE;if(y<2){Swap(node_right.digit[x][y],node_right.digit[x][y+1]);if(isExpandable(node_right)){dist_right=Distance(node_right,dest.digit);node_right.index=index;node_right.dist=dist_right;node_right.dep=node_v[index].dep+1;node_v.push_back(node_right);}}node_v[index].dist=MAXNUM;}intmain()//主函數(shù){intnumber;cout<<"Inputsource:"<<endl;for(inti=0;i<ROW;i++)//輸入初始的表for(intj=0;j<COL;j++){cin>>number;src.digit[i][j]=number;}src.index=0;src.dep=1;cout<<"Inputdestination:"<<endl;//輸入目的表for(intm=0;m<ROW;m++)for(intn=0;n<COL;n++){cin>>number;dest.digit[m][n]=number;node_v.push_back(src);//在容器的尾部加一個數(shù)據(jù)cout<<"Search..."<<endl;clock_tstart=clock();while(1){if(isEmptyOfOPEN()){cout<<"Cann'tsolvethisstatement!"<<endl;return-1;}else{intloc;//thelocationoftheminimizenode最優(yōu)節(jié)點的位置loc=GetMinNode();if(isEqual(loc,dest.digit)){vectorrstep_v;cout<<"Source:"<<endl;cout<<src<<endl;PrintSteps(loc,rstep_v);cout<<"Successful!"<<endl;cout<<"Using"<<(clock()-start)/CLOCKS_PER_SEC<<"seconds."<<endl;break;}elseProcessNode(loc);}}return0;}四、程序運行效果圖(初始狀態(tài))804765(結(jié)束狀態(tài))五、對于重排九宮問題的啟發(fā)式函數(shù)給定九宮格的初始狀態(tài)，要求在有限步的操作內(nèi)，使其轉(zhuǎn)化為目標(biāo)狀態(tài)，且所得到的解是代價最小解(即移動的步數(shù)最少)。如：初始格局目標(biāo)狀態(tài)#include"iostream.h"#include#include#include#includestaticinttarget[9]={1,2,3,8,0,4,7,6,5};//classdefinitionclasseight_num{private:intnum[9];intnot_in_position_num;intdeapth;inteva_function;8124376512384765public:eight_num*parent;eight_num*leaf_next;eight_num*leaf_pre;eight_num(intinit_num[9]);eight_num(intnum1,intnum2,intnum3,intnum4,intnum5,intnum6,intnum7,intnum8,intnum9){num[0]=num1;num[1]=num2;num[2]=num3;num[3]=num4;num[4]=num5;num[5]=num6;num[6]=num7;num[7]=num8;num[8]=num9;}eight_num(void){for(inti=0;i<9;i++)num[i]=i;}voidcul_para(void);voidget_numbers_to(intother_num[9]);intget_nipn(void){returnnot_in_position_num;}intget_deapth(void){returndeapth;}intget_evafun(void){returneva_function;}voidset_num(intother_num[9]);voidshow(void);eight_num&operator=(eight_num&);eight_num&operator=(intother_num[9]);intoperator==(eight_num&);intoperator==(intother_num[9]);};//計算啟發(fā)函數(shù)g(n)的值voideight_num::cul_para(void){inti;inttemp_nipn=0;for(i=0;i<9;i++)if(num[i]!=target[i])temp_nipn++;not_in_position_num=temp_nipn;if(this->parent==NULL)deapth=0;elsedeapth=this->parent->deapth+1;eva_function=not_in_position_num+deapth;}//構(gòu)造函數(shù)1eight_num::eight_num(intinit_num[9]){for(inti=0;i<9;i++)num[i]=init_num[i];}//顯示當(dāng)前節(jié)點的狀態(tài)voideight_num::show(){cout<<num[0];<p="">cout<<"";cout<<num[1];<p="">cout<<"";cout<<num[2];<p="">cout<<"\n";cout<<num[3];<p="">cout<<"";cout<<num[4];<p="">cout<<"";cout<<num[5];<p="">cout<<"\n";cout<<num[6];<p="">cout<<"";cout<<num[7];<p="">cout<<"";cout<<num[8];<p="">cout<<"\n";}//復(fù)制當(dāng)前節(jié)點狀態(tài)到一個另數(shù)組中voideight_num::get_numbers_to(intother_num[9]){for(inti=0;i<9;i++)other_num[i]=num[i];}//設(shè)置當(dāng)前節(jié)點狀態(tài)(欲設(shè)置的狀態(tài)記錄的other數(shù)組中)voideight_num::set_num(intother_num[9]){for(inti=0;i<9;i++)num[i]=other_num[i];}eight_num&eight_num::operator=(eight_num&another_8num){for(inti=0;i<9;i++)num[i]=another_8num.num[i];not_in_position_num=another_8num.not_in_position_num;deapth=another_8num.deapth+1;eva_function=not_in_position_num+deapth;return*this;}eight_num&eight_num::operator=(intother_num[9]){for(inti=0;i<9;i++)num[i]=other_num[i];return*this;}inteight_num::operator==(eight_num&another_8num){intmatch=1;for(inti=0;i<9;i++)if(num[i]!=another_8num.num[i]){match=0;break;}if(match==0)return0;elsereturn1;}inteight_num::operator==(intother_num[9]){intmatch=1;for(inti=0;i<9;i++)if(num[i]!=other_num[i]){match=0;break;}if(match==0)return0;elsereturn1;}//classdefinitionover//空格向上移intmove_up(intnum[9]){for(inti=0;i<9;i++)if(num[i]==0)break;if(i<3)return0;else{num[i]=num[i-3];num[i-3]=0;return1;}}//空格向下移intmove_down(intnum[9]){for(inti=0;i<9;i++)if(num[i]==0)break;if(i>5)return0;else{num[i]=num[i+3];num[i+3]=0;return1;}}//空格向左移intmove_left(intnum[9]){for(inti=0;i<9;i++)if(num[i]==0)break;if(i==0||i==3||i==6)return0;else{num[i]=num[i-1];num[i-1]=0;return1;}}//空格向右移intmove_right(intnum[9]){for(inti=0;i<9;i++)if(num[i]==0)break;if(i==2||i==5||i==8)return0;else{num[i]=num[i+1];num[i+1]=0;return1;}}//判斷可否解出inticansolve(intnum[9],inttarget[9]){inti,j;intcount_num,count_target;for(i=0;i<9;i++)for(j=0;j<i;j++)<p="">{if(num[j]<num[i]&&num[j]!=0)<p="">count_num++;if(target[j]<target[i]&&target[j]!=0)<p="">count_target++;}if((count_num+count_target)%2==0)return1;elsereturn0;}//判斷有無重復(fù)intexisted(intnum[9],eight_num*where){eight_num*p;for(p=where;p!=NULL;p=p->parent)if(*p==num)return1;return0;}//尋找估價函數(shù)最小的葉子節(jié)點eight_num*find_OK_leaf(eight_num*start){eight_num*p,*OK;p=OK=start;intmin=start->get_evafun();for(p=start;p!=NULL;p=p->leaf_next)if(min>p->get_evafun()){OK=p;min=p->get_evafun();}returnOK;}//主函數(shù)開始intmain(void){doubletime;clock_tStart,Finish;intmemery_used=0,step=0;intnum[9];intflag=0;//是否輸入錯誤標(biāo)志，1表示輸入錯誤intbingo=0;//是否查找成功標(biāo)志，1表示成功inti,j;cout<<"Pleaseinputthenumber(0fortheblank):\n";for(i=0;i<9;i++){flag=0;cin>>num[i];for(j=0;j<i;j++)<p="">if(num[i]==num[j])flag=1;if(num[i]<0||num[i]>8||flag==1){i--;cout<<"Illeglenumber!\tReinput!\n";}}eight_numS(num),Target(target);S.parent=S.leaf_next=S.leaf_pre=NULL;S.cul_para();memery_used++;cout<<"Nowtheinitialnumbersare:\n";S.show();cout<<"AndtheTargetis:\n";Target.show();if(!icansolve(num,target)){cout<<"Noonecansolveit!\n";cin>>i;return1;}Start=clock();eight_num*OK_leaf=&S,*leaf_start=&S,*new_8num,*p;while(OK_leaf!=NULL&&bingo!=1){OK_leaf=find_OK_leaf(leaf_start);if(*OK_leaf==Target){bingo=1;break;}p=OK_leaf->leaf_pre;OK_leaf->get_numbers_to(num);if(move_up(num)&&!existed(num,OK_leaf)){new_8num=neweight_num;new_8num->set_num(num);new_8num->parent=OK_leaf;new_8num->cul_para();new_8num->leaf_p