人工智能实验报告

****大学人工智能基础课程实验报告（2011-2012学年第一学期）启发式搜索王浩算法班级：***********学号：**********姓名：******指导教师：******成绩：2012年1月10日实验一启发式搜索算法1.实验内容：使用启发式搜索算法求解8数码问题。⑴编制程序实现求解8数码问题A算法，采用估价函数wnfndnpn，其中：dn是搜索树中结点n的深度；wn为结点n的数据库中错放的棋子个数；pn为结点n的数据库中每个棋子与其目标位置之间的距离总和。⑵分析上述⑴中两种估价函数求解8数码问题的效率差别，给出一个是pn的上界的hn的定义，并测试使用该估价函数是否使算法失去可采纳性。2.实验目的熟练掌握启发式搜索A算法及其可采纳性。3.实验原理使用启发式信息知道搜索过程，可以在较大的程度上提高搜索算法的时间效率和空间效率；启发式搜索的效率在于启发式函数的优劣，在启发式函数构造不好的情况下，甚至在存在解的情形下也可能导致解丢失的现象或者找不到最优解，所以构造一个优秀的启发式函数是前提条件。4.实验内容1.问题描述在一个3*3的九宫格里有1至8八个数以及一个空格随机摆放在格子中，如下图：初始状态目标状态现需将图一转化为图二的目标状态，调整的规则为：每次只能将空格与其相邻的一个数字进行交换。实质是要求给出一个合法的移动步骤，实现从初始状态到目标状态的转变。2.算法分析(1)解存在性的讨论对于任意的一个初始状态，是否有解可通过线性代数的有关理论证明。按数组存储后，算出初始状态的逆序数和目标状态的逆序数，若两者的奇偶性一致，则表明有解。（2）估价函数的确定283164705123804765通过对八数码的特性的研究，找出一个相对好的函数，f(n)=d(n)+h(n)其中h(n)=2*compare(n)+3*S(n);d(n)为已搜索的深度；（compare（n）为当前节点与目标结点相同位置不相同的个数，S(n)为当前节点的无序度。）（3）节点的处理取得一个结点后，判断是否有解，然后对其进行扩展，用估价函数从中取得一个最优节点，依次循环将路径得到，直到取的最后的目标状态。(4)算法设计a.输入初始结点，判断解的存在性，并与目标节点对比。b.若不是目标节点则进行扩展，生成其全部后继节点。c.对于每个后继节点均求其f(n),并比较。d.将最小f(n)存入正确路径，并与目标节点进行对比。e.若不是目标节点则循环执行b，若是目标节点则输出5实验结果输入输出：源代码如下：#includestdio.hintfinal[9]={1,2,3,8,0,4,7,6,5};//目标状态节点inta[1000][9],c[9],e[9],f[9];//路径节点和扩展节点intdeep=1,fn;//深度和估计值intb[9];charmoveaction;//移动方向intfnjisuan(intb[9])//估价函数{intcompare=0,s=0,fn1,d[9];d[0]=b[0];d[1]=b[1];d[2]=b[2];d[3]=b[5];d[4]=b[8];d[5]=b[7];d[6]=b[6];d[7]=b[3];d[8]=b[4];for(inti=0;i9;i++){if(b[i]!=final[i]&&i!=4)compare++;}for(i=0;i7;i++)if((d[i+1]-d[i])!=1)s++;fn1=2*compare+3*s+deep;//估价函数计算结果returnfn1;}voidshow(intc[9])//输出节点{for(inti=0;i9;i++)a[deep][i]=c[i];for(i=0;i9;i++){if((i)%3==0)printf(\n);printf(%d\t,c[i]);}deep++;printf(\n);}intjingguo(inte[9])//测试当前节点是否已经经过避免回溯{for(inti=0;ideep;i++){intk=0;for(intj=0;j9;j++)if(e[j]==a[i][j])k++;if(k==9)return0;}return1;}intmove_up(intc[9],intZerosign)//上移操作{for(inti=0;i9;i++)c[i]=b[i];c[Zerosign]=c[Zerosign-3];c[Zerosign-3]=0;intfn1=fnjisuan(c);returnfn1;}intmove_down(intc[9],intZerosign)//下移操作{for(inti=0;i9;i++)c[i]=b[i];c[Zerosign]=c[Zerosign+3];c[Zerosign+3]=0;intfn1=fnjisuan(c);returnfn1;}intmove_left(intc[9],intZerosign)//左移操作{for(inti=0;i9;i++)c[i]=b[i];c[Zerosign]=c[Zerosign-1];c[Zerosign-1]=0;intfn1=fnjisuan(c);returnfn1;}intmove_right(intc[9],intZerosign)//右移操作{for(inti=0;i9;i++)c[i]=b[i];c[Zerosign]=c[Zerosign+1];c[Zerosign+1]=0;intfn1=fnjisuan(c);returnfn1;}intzuixiao(intfn1,intfn2,intfn3,intfn4)//求最小值{intf1,f2,f3;f1=(fn1=fn2)?fn1:fn2;f2=(fn3=fn4)?fn3:fn4;f3=(f1=f2)?f1:f2;returnf3;}intcixiao(intfn1,intfn2,intfn3,intfn4)//求次小值{intf1,f2,f3,f4;f1=(fn1=fn2)?fn1:fn2;f3=(fn1fn2)?fn1:fn2;f2=(fn3=fn4)?fn3:fn4;f4=(fn1fn2)?fn1:fn2;if(f1=f2){if(f3=f2)returnf3;elsereturnf2;}elseif(f4=f1)returnf4;elsereturnf1;}voidbudeng(intf1,intf2,intfn1,intfn2,intfn3,intfn4,intZerosign)//处理估价函数最小值唯一的时候{if(f1==fn1){if(moveaction!='d'&&jingguo(c)){move_up(c,Zerosign);moveaction='u';}else{if(f2==fn2){move_right(c,Zerosign);moveaction='r';}if(f2==fn3){move_left(c,Zerosign);moveaction='l';}if(f2==fn4){move_down(c,Zerosign);moveaction='d';}}}if(f1==fn2){if(moveaction!='l'&&jingguo(c)){move_right(c,Zerosign);moveaction='r';}else{if(f2==fn3){move_left(c,Zerosign);moveaction='l';}if(f2==fn4){move_down(c,Zerosign);moveaction='d';}if(f2==fn1){move_up(c,Zerosign);moveaction='u';}}}if(f1==fn3){if(moveaction!='r'&&jingguo(c)){move_left(c,Zerosign);moveaction='l';}else{if(f2==fn1){move_up(c,Zerosign);moveaction='u';}if(f2==fn2){move_right(c,Zerosign);moveaction='r';}if(f2==fn4){move_down(c,Zerosign);moveaction='d';}}}if(f1==fn4){if(moveaction!='u'&&jingguo(c)){move_down(c,Zerosign);moveaction='d';}else{if(f2==fn2){move_right(c,Zerosign);moveaction='r';}if(f2==fn3){move_left(c,Zerosign);moveaction='l';}if(f2==fn1){move_up(c,Zerosign);moveaction='u';}}}}intceshi(intk[9])//测试估价函数{intfn1=100,fn2=100,fn3=100,fn4=100,f1,Zerosign;for(inti=0;i9;i++)if(0==k[i]){Zerosign=i;break;}if(Zerosign!=0&&Zerosign!=1&&Zerosign!=2&&moveaction!='d')fn1=move_up(c,Zerosign);if(Zerosign!=2&&Zerosign!=5&&Zerosign!=8&&moveaction!='l')fn2=move_right(c,Zerosign);if(Zerosign!=0&&Zerosign!=3&&Zerosign!=6&&moveaction!='r')fn3=move_left(c,Zerosign);if(Zerosign!=6&&Zerosign!=7&&Zerosign!=8&&moveaction!='u')fn4=move_down(c,Zerosign);f1=zuixiao(fn1,fn2,fn3,fn4);returnf1;}voidmove(intc[9])//确定移动方向{intfn1=100,fn2=100,fn3=100,fn4=100,f1,f2,Zerosign;for(inti=0;i9;i++)if(0==c[i]){Zerosign=i;break;}if(Zerosign!=0&&Zerosign!=1&&Zerosign!=2&&moveaction!='d')fn1=move_up(c,Zerosign);if(Zerosign!=2&&Zerosign!=5&&Zerosign!=8&&moveaction!='l')fn2=move_right(c,Zerosign);if(Zerosign!=0&&Zerosign!=3&&Zerosign!=6&&moveaction!='r')fn3=move_left(c,Zerosign);if(Zerosign!=6&&Zerosign!=7&&Zerosign!=8&&moveaction!='u')fn4=move_down(c,Zerosign);f1=zuixiao(fn1,fn2,fn3,fn4);f2=cixiao(fn1,fn2,fn3,fn4);if(f1==f2){if(fn1==fn2&&fn1==f1){move_up(c,Zerosign);for(i=0;i9;i++)e[i]=c[i];move_right(c,Zerosign);for(i=0;i9;i++)f[i]=c[i];if((ceshi(e)ceshi(f))&&jingguo(e)){move_up(c,Zerosign);moveaction='u';}else{move_right(c,Zerosign);moveaction='r';}}if(fn1==fn3&&fn