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ConsoleApplication.c

@@ -0,0 +1,289 @@
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <stdbool.h>
+#include <string.h>
+
+#define N 3  // 定义拼图的维度，这是一个3x3的拼图
+
+typedef struct Node {
+    int puzzle[N][N];  // 存储拼图状态的数组
+    struct Node* parent;  // 指向父节点的指针，用于追踪路径
+    int f, g, h;  // A*算法中的 f, g, h 值
+} Node;
+
+// 创建新的拼图节点
+Node* createNode(int puzzle[N][N]) {
+    Node* newnode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
+    //请实现该函数
+     // 用 malloc 函数在内存中分配空间
+    
+
+    // 将 puzzle 数组的值复制到新节点的 puzzle 数组中
+    for (int i = 0; i < N; i++) {
+        for (int j = 0; j < N; j++) {
+            newnode->puzzle[i][j] = puzzle[i][j];
+        }
+    }
+
+    // 初始化新节点的 parent 节点为 NULL
+    newnode->parent = NULL;
+
+    // 初始化新节点的 f, g, h 的值为 0
+    newnode->f = 0;
+    newnode->g = 0;
+    newnode->h = 0;
+
+    // 返回指向新节点的指针
+    return newnode;
+
+
+}
+
+// 检查两个拼图状态是否相同
+bool isSamePuzzle(int a[N][N], int b[N][N]) {
+    //相同则返回true,否则返回false
+    for (int i = 0; i < N; i++) {
+        for (int j = 0; j < N; j++) {
+            // 如果有任何一个元素不相同，则返回 false
+            if (a[i][j] != b[i][j]) {
+                return false;
+              
+            }
+           
+        }
+    }
+    return true;
+    // 如果所有元素都相同，则返回 true
+  
+
+
+}
+
+// 打印拼图状态
+void printPuzzle(int puzzle[N][N]) {
+    //双重for循环实现拼图的打印
+
+    for (int i = 0; i < N; i++) {
+        for (int j = 0; j < N; j++) {
+            // 打印每个元素，并在元素间空一格
+            printf("%d ", puzzle[i][j]);
+        }
+        // 换行
+        printf("\n");
+    }
+    // 打印额外的换行，提高输出的可读性
+    printf("\n");
+}
+
+
+// 启发函数，计算当前状态到目标状态的估计代价
+int heuristic(Node* current, Node* goal) {
+    int h = 0;
+    // 计算不匹配的拼图块数量
+
+    // 利用双重 for 循环计算遍历两节点的 puzzle 数组，若不匹配则 h 加 1
+    for (int i = 0; i < N; i++) {
+        for (int j = 0; j < N; j++) {
+            if (current->puzzle[i][j] != goal->puzzle[i][j]) {
+                h++;
+            }
+        }
+    }
+
+    // 返回 h 的值
+    return h;
+
+}
+
+// 移动操作，生成新的拼图状态
+Node* move(Node* current, int dir) {
+    int key_x, key_y; // 记录空白块的位置
+
+    // 找到空白块的位置
+    for (int i = 0; i < N; i++) {
+        for (int j = 0; j < N; j++) {
+            if (current->puzzle[i][j] == 0) {
+                key_x = i;
+                key_y = j;
+                break;
+            }
+        }
+    }
+
+    // 给 new_x、new_y 赋值
+    int new_x = key_x;
+    int new_y = key_y;
+
+    // 根据移动方向更新新块的位置，上下左右移动
+    if (dir == 0) { // 上移
+        new_x--;
+    }
+    else if (dir == 1) { // 下移
+        new_x++;
+    }
+    else if (dir == 2) { // 左移
+        new_y--;
+    }
+    else if (dir == 3) { // 右移
+        new_y++;
+    }
+
+    // 检查新位置是否在边界内
+    if (new_x < 0 || new_x >= N || new_y < 0 || new_y >= N) {
+        return NULL; // 无效移动
+    }
+
+    // 创建新节点，复制当前拼图状态，并交换块的位置
+    Node* new_node = createNode(current->puzzle);
+    new_node->puzzle[key_x][key_y] = current->puzzle[new_x][new_y];
+    new_node->puzzle[new_x][new_y] = 0;
+
+    return new_node;
+   
+}
+
+// A*算法，寻找最短路径
+Node* AStar(Node* start, Node* goal) {
+    Node* OPEN[1000];
+    Node* CLOSED[1000];
+    int OPEN_SIZE = 0;
+    int CLOSED_SIZE = 0;
+
+    OPEN[0] = start;
+    OPEN_SIZE = 1;
+    CLOSED_SIZE = 0;
+
+    while (OPEN_SIZE > 0) {//对open列表进行操作
+        int min_f = OPEN[0]->f;//初始化最小的f
+        int min_index = 0;
+
+        // 查找开放列表中具有最小 f 值的节点
+        for (int i = 1; i < OPEN_SIZE; i++) {
+            if (OPEN[i]->f < min_f) {
+                min_f = OPEN[i]->f;
+                min_index = i;
+            }
+        }
+
+        Node* current = OPEN[min_index];  // 获取具有最小f值的节点
+
+        // 从开放列表中移除当前节点
+        OPEN[min_index] = OPEN[OPEN_SIZE - 1];
+        OPEN_SIZE--;
+
+        // 将当前节点添加到关闭列表，关闭列表大小加1
+        CLOSED[CLOSED_SIZE] = current;
+        CLOSED_SIZE++;
+
+        // 检查是否找到解
+        if (isSamePuzzle(current->puzzle, goal->puzzle)) {
+            // 找到解，返回当前节点
+            return current;
+        }
+
+        int key = 0;
+
+        for (int i = 0; i < N; i++) {
+            for (int j = 0; j < N; j++) {
+                if (current->puzzle[i][j] == 0) {
+                    key = i * N + j;
+                    break;
+                }
+            }
+        }
+
+        for (int dir = 0; dir < 4; dir++) {
+            Node* new_node = move(current, dir);
+
+            if (new_node != NULL && !isSamePuzzle(new_node->puzzle, current->puzzle)) {
+                int gNew = current->g + 1;
+                int hNew = heuristic(new_node, goal);
+                int fNew = gNew + hNew;
+
+                bool in_OPEN = false;
+                int open_index = -1;
+
+                // 检查新节点是否在开放列表中
+                for (int i = 0; i < OPEN_SIZE; i++) {
+                    if (isSamePuzzle(new_node->puzzle, OPEN[i]->puzzle)) {
+                        in_OPEN = true;
+                        open_index = i;
+                        break;
+                    }
+                }
+
+                bool in_CLOSED = false;
+
+                // 检查新节点是否在关闭列表中
+
+                if (!in_OPEN && !in_CLOSED) {
+                    // 新节点既不在开放列表中也不在关闭列表中
+                    // 把gNew、hNew、fNew赋给new_node对应的g、h、f值，并将其父节点设置为当前节点。
+
+                    new_node->g = gNew;
+                    new_node->h = hNew;
+                    new_node->f = fNew;
+                    new_node->parent = current;
+
+                    // 添加新节点new_node到开放列表，开放列表大小加1
+                    OPEN[OPEN_SIZE] = new_node;
+                    OPEN_SIZE++;
+                }
+                else if (in_OPEN && fNew < OPEN[open_index]->f) {
+                    // 新节点已经在开放列表中，但新的 f 值更小
+                    // 更新开放列表中已存在节点的信息
+                    OPEN[open_index]->g = gNew;
+                    OPEN[open_index]->h = hNew;
+                    OPEN[open_index]->f = fNew;
+                    OPEN[open_index]->parent = current;
+                }
+            }
+        }
+    }
+
+    return NULL;  // 无解
+}
+
+// 打印解路径
+void printPath(Node* final) {
+    if (final == NULL) {
+        return;
+    }
+    printPath(final->parent);  // 递归打印路径
+    for (int i = 0; i < N; i++) {
+        if (i % 3 == 0) {
+            printf("-------\n");
+        }
+        for (int j = 0; j < N; j++) {
+            printf("%d ", final->puzzle[i][j]);
+        }
+
+        printf("\n");
+
+    }
+}
+
+int main() {
+   //int start[N][N] = {{1, 0, 3}, {0, 8, 4}, {7, 6, 5}};
+  // int target[N][N] = {{1, 2, 3}, {7, 0, 4}, {8, 6, 5}};
+
+    int start[N][N] = { {2, 0, 3}, {1, 5, 6}, {4, 7, 8} };
+    int target[N][N] = { {1, 2, 3}, {4, 5, 6}, {7, 8, 0} };
+
+   // int start[N][N] = { {2, , 3}, {1, 0, 4}, {7, 6, 5} };
+  // int target[N][N] = { {1, 2, 3}, {8, 0, 4}, {7, 6, 5} };
+    Node* init = createNode(start);
+    Node* goal = createNode(target);
+
+    Node* final = AStar(init, goal);
+    if (final) {
+        printf("This problem has a solution:\n");
+        printPath(final);  // 打印解路径
+    }
+    else {
+        printf("This problem has no solution！\n");
+    }
+
+    return 0;
+}
+