八数码问题,bfs,hash,康托

    技术2022-05-13  0

    #include<iostream> #include<cstdio> #include<string> using namespace std; //关键点: //1.康托展开作为hash函数 //2.用字符数组作为移动,其他用等价的integer,因为可能将0 // 移到首位而造成错误 // struct node{ char str[10]; node *next; node *last; }; int dir[9][5]={​{2,2,4,0,0},{3,1,3,5,0},{2,2,6,0,0}, {3,1,7,5,0},{4,2,4,8,6},{3,3,9,5,0}, {2,4,8,0,0},{3,7,9,5,0},{2,6,8,0,0} }; bool mhash[362880]={0}; inline bool check(int num) { return mhash[num]; } inline int pos0(const char num[]) { for(int i=0;i<9;i++) if(num[i]=='0') return i+1; } inline void move(const char str[],char tmp[], int p0,int d) { strcpy(tmp,str); char o = tmp[d-1]; tmp[p0-1]=o; tmp[d-1]='0'; } void print(node *end) { if(end->last!=NULL) { print(end->last); printf("%s/n",end->str); } } int cantor(int num) { int fac[10]={1,1,2,6,24,120,720,5040,40320,362880}; int m[9]={0}; for(int i=8;i>=0;i--){ m[i]=num; num/=10; } int index=0; for(int i=7;i>=0;i--){ int count=0; for(int j=8;j>i;j--) if(m[j]<m[i])count++; index+=(count*fac[8-i]); } return index; } int strtoint(char str[]) { int sum=0; for(int i=0;i<9;i++) { sum=sum*10 + str[i]-'0'; } return sum; } int main() { //cout<<strtoint(str)<<endl; //cout<<cantor(12345678)<<cantor(102345678)<<endl; //cout<<move(120345678,3,2)<<endl; char start[10],goal[10]; scanf("%s %s",start,goal); //printf("%s/n%s/n",start,goal); int goal2=strtoint(goal); node *root=new node; node *current=root; node *end=current; strcpy(current->str,start); current->last=current->next=NULL; while(current!=NULL){ //int index; int num = strtoint(current->str); int p0=pos0(current->str); int n=dir[p0-1][0]; mhash[cantor(num)]=1; for(int i=1;i<=n;i++){ char change[10]; move(current->str,change,p0,dir[p0-1][i]); num=strtoint(change); int index=cantor(num); if(num==goal2){ printf("Get to result/n"); print(end); return 0; } else if(mhash[index]!=1){ //mhash[index]=1; end->next=new node; end=end->next; end->last=current; end->next=NULL; strcpy(end->str,change); } } current=current->next; } }  

     

    关于康托的讲解:

    康托展开  

    康托展开的公式

     

      把一个整数X展开成如下形式:

      X=a[n]*(n-1)!+a[n-1]*(n-2)!+...+a[i]*(i-1)!+...+a[2]*1!+a[1]*0!

      其中,a为整数,并且0<=a[i]<i(1<=i<=n)

     

    康托展开的应用实例

     

      {1,2,3,4,...,n}表示1,2,3,...,n的排列如 {1,2,3} 按从小到大排列一共6个。123 132 213 231 312 321 。

      代表的数字 1 2 3 4 5 6 也就是把10进制数与一个排列对应起来。

      他们间的对应关系可由康托展开来找到。

      如我想知道321是{1,2,3}中第几个大的数可以这样考虑 :

      第一位是3,当第一位的数小于3时,那排列数小于321 如 123、 213 ,小于3的数有1、2 。所以有2*2!个。再看小于第二位2的:小于2的数只有一个就是1 ,所以有1*1!=1 所以小于321的{1,2,3}排列数有2*2!+1*1!=5个。所以321是第6个大的数。 2*2!+1*1!是康托展开。

      再举个例子:1324是{1,2,3,4}排列数中第几个大的数:第一位是1小于1的数没有,是0个 0*3! 第二位是3小于3的数有1和2,但1已经在第一位了,所以只有一个数2 1*2! 。第三位是2小于2的数是1,但1在第一位,所以有0个数 0*1! ,所以比1324小的排列有0*3!+1*2!+0*1!=2个,1324是第三个大数。 

     

    康托展开的代码实现

    后文的PASCAL程序经检验可以正确工作,并指示出了一个简洁的计算方法,和前文的运算思路略有不同,不需要检验某数码是否使用过,只需检查第(n+1-i)位之后比第(n+1-i)位小的位的数量,将这个数量作为公式中的a[i]。(1<=i<=n)

      并附此算法C++版本。

      康托展开的代码(C++语言):

      unsigned long cantor(unsigned long S)

      {

      long x=0,i,p,k,j;

      bool hash[8]={false};

      for (i=8;i>=2;i--)

      {

      k=S>> 3*(i-1);

      S-=k<<3*(i-1);

      hash[k]=true;

      p=k;

      for (j=0;j<=k-1;j++)

      if (hash[j])

      p--;

      x+=fac[i-1]*p;

      }

      return x;

      } 

      康托展开的代码(Pascal语言):

      s为数组,用来存储要求的数,形如(1,3,2,4)。

      n为数组中元素个数。

      fac[x]为x!

      *function cantor:longint:;

      *var

      * i,j,temp:integer;

      * num:longint;

      *begin

      * num:=0;

      * for i:=1 to n-1 do

      * begin

      * temp:=0;

      * for j:=i+1 to n do 

      * if s[j]<s[ i ] then inc(temp);

      * num:=num+fac[n-i]*temp;

      * end;

      *cantor:=num+1;

      *end;

      康托展开的代码(C语言):

      //参数int s[]为待展开之数的各位数字,如需展开2134,则s[4]={2,1,3,4}.

      int fac[]={1,1,2,6,24,120,720,5040,40320,362880};//...

      long cantor(int s[],int n){

      int i,j,temp,num;

      num=0;

      for(i=1;i<n;i++){

      temp=0;

      for(int j=i+1;j<=n;j++){

      if(s[j]<s[i]) temp++;

      }

      num+=fac[n-i]*temp;

      }

      return (num+1);


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