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A8code.c

@@ -0,0 +1,284 @@
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <stdbool.h>
+#include <string.h>
+
+#define N 3 // 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));
+    // 复制拼图到新节点
+    memcpy(newnode->puzzle, puzzle, sizeof(int) * N * N);
+    newnode->parent = NULL;
+    newnode->f = newnode->g = newnode->h = 0;
+    return newnode;
+}
+
+// 检查两个拼图状态是否相同
+bool isSamePuzzle(int a[N][N], int b[N][N])
+{
+    for (int i = 0; i < N; i++)
+    {
+        for (int j = 0; j < N; j++)
+        {
+            if (a[i][j] != b[i][j])
+                return false;
+        }
+    }
+    return true;
+}
+
+// 打印拼图状态
+void printPuzzle(int puzzle[N][N])
+{
+    for (int i = 0; i < N; i++)
+    {
+        for (int j = 0; j < N; j++)
+        {
+            printf("%-2d", puzzle[i][j]);
+        }
+        printf("\n");
+    }
+    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
+    for (int i = 0; i < N; i++)
+    {
+        for (int j = 0; j < N; j++)
+        {
+            if (current->puzzle[i][j] != goal->puzzle[i][j])
+                h++;
+        }
+    }
+    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;
+            }
+        }
+    }
+
+    int new_x = key_x, new_y = key_y;
+
+    // 根据移动方向更新新块的位置，上下左右移动
+    switch (dir)
+    {
+    case 0:
+        new_x--;
+        break;
+    case 1:
+        new_x++;
+        break;
+    case 2:
+        new_y--;
+        break;
+    case 3:
+        new_y++;
+        break;
+    default:
+        break;
+    }
+
+    // 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;
+
+    // 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];   // 开放列表，用于存储待探索的节点
+    Node *CLOSED[1000]; // 关闭列表，用于存储已探索的节点
+    int OPEN_SIZE = 0;  // 开放列表的大小
+    int CLOSED_SIZE = 0;// 关闭列表的大小
+
+    OPEN[0] = start;    // 将起始节点添加到开放列表
+    OPEN_SIZE = 1;      // 开放列表的大小设置为1
+    CLOSED_SIZE = 0;    // 关闭列表的大小设置为0
+
+    while (OPEN_SIZE > 0)
+    {
+        int min_f = OPEN[0]->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
+
+        // 如果当前节点与目标状态匹配，表示找到解
+        if (isSamePuzzle(current->puzzle, goal->puzzle))
+        {
+            return current;
+        }
+
+        // 开放列表的大小减1，表示从开放列表中移除了一个节点
+        OPEN_SIZE--;
+
+        // 将最小f值的节点移到开放列表的末尾，以便稍后将其添加到关闭列表中。
+        // 这是为了优化开放列表的结构。
+        Node *temp = OPEN[min_index];
+        OPEN[min_index] = OPEN[OPEN_SIZE];
+        OPEN[OPEN_SIZE] = temp;
+
+        // 将当前节点添加到关闭列表，关闭列表大小加1
+        CLOSED[CLOSED_SIZE++] = current;
+
+        int key = 0;
+        // 查找当前节点中空白块的位置
+        for (int i = 0; i < N; i++)
+        {
+            for (int j = 0; j < N; j++)
+            {
+                if (current->puzzle[i][j] == 0)
+                {
+                    key = i * N + j;
+                    break;
+                }
+            }
+        }
+
+        // 尝试四个方向的移动操作
+        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
+                for (int i = 0; i < CLOSED_SIZE; i++)
+                {
+                    if (isSamePuzzle(new_node->puzzle, CLOSED[i]->puzzle))
+                    {
+                        in_CLOSED = true;
+                        break;
+                    }
+                }
+
+                // 如果新节点既不在开放列表也不在关闭列表中，将其添加到开放列表
+                if (!in_OPEN && !in_CLOSED)
+                {
+                    new_node->g = gNew;
+                    new_node->h = hNew;
+                    new_node->f = fNew;
+                    new_node->parent = current;
+
+                    OPEN[OPEN_SIZE++] = new_node;
+                }
+                // 如果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
+                else if (in_OPEN && fNew < OPEN[open_index]->f)
+                {
+                    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++)
+    {
+        for (int j = 0;j<N;j++)
+        {
+            printf("%-2d", final->puzzle[i][j]);
+        }
+        printf("\n");
+    }printf("------");
+    printf("\n");
+}
+
+int main()
+{
+    int start_puzzle[N][N] = {{2, 8, 3}, {1, 6, 4}, {7, 0, 5}}; // 起始拼图状态
+    int goal_puzzle[N][N] = {{1, 2, 3}, {8, 0, 4}, {7, 6, 5}}; // 目标拼图状态
+
+    Node *start = createNode(start_puzzle); // 创建起始节点
+    Node *goal = createNode(goal_puzzle);   // 创建目标节点
+
+    
+
+    Node *final = AStar(start, goal); // 运行A*算法，寻找最短路径
+
+    if (final != NULL)
+    {
+        printf("Solution path:\n");
+        printPath(final); // 打印解路径
+    }
+    else
+    {
+        printf("No solution found.\n");
+    }
+
+    return 0;
+}