8 puzzle 4 ways to solve with java
example: from
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public class EightHuanfang {
/**
* 输入中0表示该位置无小卡片
* @param Zing
*/
public static void main(String[] Zing) {
int[][] input = { {2,3,0},{1,8,5},{7,4,6}};
int[][] result = { {1,2,3},{8,0,4},{7,6,5}};
BreadthFirst(input,result);
DepthFirst(input,result);
HillClimbing(input,result);
BestFirstSearch(input,result);
}
/**
* 广度优先搜索
* 1队列实现，先放入根节点，
* 2看队首符不符合，符合就结束
* 3把根节点的叶子放进去，扔掉队首
* 4返回2
* 搜索成功返回true，否则返回false
* @return
*/
public static boolean BreadthFirst(int[][] input,int[][] result) {
boolean ending = false;//ending=false：无解，ending=true：可解
long startTime=System.currentTimeMillis(); //获取开始时间
int[][] input0 = new int[3][3];
input0 = shuzufuzhi(input);
int[][] result0 = new int[3][3];
result0 = shuzufuzhi(result);
/**List里面可以装数组！！！
* int[][]数组也是对象！！！
*/
ArrayList<int[][]> list= new ArrayList<>();//队列
/**下面这个visit很关键！！！不然就死循环了
*/
ArrayList<int[][]> visit= new ArrayList<>();//存储访问过的节点!!!
list.add(input0);
visit.add(input0);
for(int i = 0;;i ++) {
if(list.size() == 0) {//队列中没有元素，搜索失败
ending = false;
break;
}
if(0 == qifahanshu(list.get(0),result0)) {//成功搜索到元素
ending = true;
break;
}else {
ArrayList<int[][]> temp = new ArrayList<>();
temp= move(shuzufuzhi(list.get(0)));
list.remove(0);
for(int j = 0;j < temp.size();j ++) {
if(!visittest(visit,temp.get(j))) {
list.add(temp.get(j));
visit.add(temp.get(j));
}
}
}
}
if(ending == false) {
System.out.println("不可达");
}else {
System.out.println("可达");
}
long endTime=System.currentTimeMillis(); //获取结束时间
System.out.println("Breadth-First: "+(endTime-startTime)+"ms ");
return ending;
}
/**
* 深度优先搜索
* 1.首先将根节点放入队列中。
2.从队列中取出第一个节点，并检验它是否为目标。
如果找到目标，则结束搜寻并回传结果。
否则将它某一个尚未检验过的直接子节点加入队列中。
3.重复步骤2。
4.如果不存在未检测过的直接子节点。
将上一级节点加入队列中。
重复步骤2。
5.重复步骤4。
6.若队列为空，表示整张图都检查过了——亦即图中没有欲搜寻的目标。结束搜寻并回传“找不到目标”。
* @param input
* @param result
* @return
*/
public static boolean DepthFirst(int[][] input,int[][] result) {
boolean ending = false;
long startTime=System.currentTimeMillis(); //获取开始时间
int[][] input0 = new int[3][3];
input0 = shuzufuzhi(input);
int[][] result0 = new int[3][3];
result0 = shuzufuzhi(result);
ArrayList<int[][]> visit= new ArrayList<>();//存储访问过的节点
node zuzong = new node(null,shuzufuzhi(input0));//别忘了在根节点上面添加一个无用节点！
node root = new node(zuzong,shuzufuzhi(input0));
ArrayList<node> nodes= new ArrayList<>();//深搜中的队列
nodes.add(root);
for(int i = 0;;i ++) {
if(nodes.size() == 0) {
ending = false;
break;
}
if(nodes.get(0) == null) {
ending = false;
break;
}
node tempnode = nodes.get(0);//队列的头节点是tempnode
nodes.remove(0);
if(0 == qifahanshu(tempnode.getdata(),result0)) {
ending = true;
break;
}
if(tempnode.visit == false) {//该节点没有被访问过的情形
tempnode.visit = true;
if(tempnode.create == false) {//向节点中添加生成的叶子节点
ArrayList<int[][]> temp = new ArrayList<>();
temp= move(shuzufuzhi(tempnode.getdata()));//temp中装着tempnode生成的节点
for(int k = 0;k < temp.size();k ++) {
if(visittest(visit,temp.get(k)) == false) {
visit.add(shuzufuzhi(temp.get(k)));
node child = new node(tempnode,shuzufuzhi(temp.get(k)));
tempnode.addchild(child);
}
}
tempnode.create = true;
}
if(tempnode.getchildren().size() == 0) {
nodes.add(tempnode.getparent());//没孩子就添加父母
}else {
nodes.add(tempnode.getchildren().get(0));//有孩子就添加最左边的孩子
}
}else {//该节点被访问过的情形
for(int j = 0;j < tempnode.getchildren().size();j ++) {
if(tempnode.getchildren().get(j).visit == false) {//还有孩子没被访问
nodes.add(tempnode.getchildren().get(j));
break;
}
if(j == tempnode.getchildren().size() - 1) {
nodes.add(tempnode.getparent());
}
}
}
}
long endTime=System.currentTimeMillis(); //获取结束时间
System.out.println("DepthFirst: "+(endTime-startTime)+"ms ");
return ending;
}
/**
* 爬山法，把启发测度有大到小压人堆栈
* @param input
* @param result
* @return
*/
public static boolean HillClimbing(int[][] input,int[][] result) {
boolean ending = false;//ending=false：无解，ending=true：可解
long startTime=System.currentTimeMillis(); //获取开始时间
int[][] input0 = new int[3][3];
input0 = shuzufuzhi(input);
int[][] result0 = new int[3][3];
result0 = shuzufuzhi(result);
/**List里面可以装数组！！！
* int[][]数组也是对象！！！
*/
ArrayList<int[][]> list= new ArrayList<>();//栈，list的最后边是栈顶
/**下面这个visit很关键！！！不然就死循环了
*/
ArrayList<int[][]> visit= new ArrayList<>();//存储访问过的节点!!!
list.add(input0);
visit.add(input0);
for(int i = 0;;i ++) {
if(list.size() == 0) {//队列中没有元素，搜索失败
ending = false;
break;
}
if(0 == qifahanshu(list.get(list.size() - 1),result0)) {//成功搜索到元素
ending = true;
break;
}else {
ArrayList<int[][]> temp = new ArrayList<>();
temp= move(shuzufuzhi(list.get(list.size() - 1)));
list.remove(list.size() - 1);
ArrayList<int[][]> sort = new ArrayList<>();//用于按照启发测度排序
for(int j = 0;j < temp.size();j ++) {
if(!visittest(visit,temp.get(j))) {
sort.add(temp.get(j));
visit.add(temp.get(j));
}
}
sort(sort,result0);
for(int j = 0;j < sort.size();j ++) {
list.add(sort.get(sort.size() - 1 - j));
}
}
}
long endTime=System.currentTimeMillis(); //获取结束时间
System.out.println("HillClimbing: "+(endTime-startTime)+"ms ");
return ending;
}
/**
* 弄个堆，每次去取启发函数数值最小的
* @param input
* @param result
* @return
*/
public static boolean BestFirstSearch(int[][] input,int[][] result) {
boolean ending = false;
long startTime=System.currentTimeMillis();
int[][] input0 = shuzufuzhi(input);
int[][] result0 = shuzufuzhi(result);
ArrayList<int[][]> list = new ArrayList<>();//堆
ArrayList<Integer> intlist = new ArrayList<>();//和list对应的存储权值的arraylist
ArrayList<int[][]> visit = new ArrayList<>();
list.add(shuzufuzhi(input0));
intlist.add(qifahanshu(list.get(0),result0));
visit.add(shuzufuzhi(input0));
for(int i = 0;;i ++) {
if(list.size() == 0) {
ending = false;
break;
}
int minindex = 0;
int min = 999999;
for(int h = 0;h < intlist.size();h ++) {
if((int)intlist.get(h) < min) {
minindex = h;
min = intlist.get(h);
}
}
if((int)intlist.get(minindex) == 0) {
ending = true;
break;
}
ArrayList<int[][]> temp = new ArrayList<>();
temp= move(shuzufuzhi(list.get(minindex)));
list.remove(minindex);
intlist.remove(minindex);
for(int j = 0;j < temp.size();j ++) {
if(!visittest(visit,temp.get(j))) {
list.add(temp.get(j));
intlist.add(qifahanshu(temp.get(j),result0));
visit.add(temp.get(j));
}
}
}
long endTime=System.currentTimeMillis(); //获取结束时间
System.out.println("BestFirstSearch: "+(endTime-startTime)+"ms ");
return ending;
}
/**
* 为防止数组赋值中的同地址引用而创建的新建对象数组复制方式
* @param input
* @return
*/
public static int[][] shuzufuzhi(int[][] input){
int[][] ending = new int[3][3];
for(int i = 0;i < 3;i ++) {
for(int j = 0;j < 3;j ++) {
ending[i][j] = input[i][j];
}
}
return ending;
}
/**
* 启发函数
* 用于计算input和result的数组之间有多少个数字在对应位置上不一样
* @param input
* @param result
* @return
*/
public static int qifahanshu(int[][] input,int[][] result){
int ending = 0;
for(int i = 0;i < 3;i ++) {
for(int j = 0;j < 3;j ++) {
if(input[i][j] != result[i][j]) {
ending = ending + 1;
}
}
}
return ending;
}
/**
* 把输入的数组进行一次操作，即把非0元素移到0的位置
* 返回一个ArrayList中装着两个/多个新的数组
* @param input
* @return
*/
public static ArrayList<int[][]> move(int[][] input){
int[][] input0 = new int[3][3];
ArrayList<int[][]> ending = new ArrayList<>();
int i0 = 0;//输入数组中0元素的横坐标
int j0 = 0;//输入数组中0元素的纵坐标
input0 = shuzufuzhi(input);
for(int i = 0;i < 3;i ++) {
for(int j = 0;j < 3;j ++) {
if(input0[i][j] == 0) {
i0 = i;
j0 = j;
break;
}
}
}
if((j0 == 1)&&(i0 == 1)) {//0在中间的时候
int[][] temp = new int[3][3];
temp= shuzufuzhi(input0);
temp[1][1] = temp[0][1];
temp[0][1] = 0;
ending.add(temp);
temp= shuzufuzhi(input0);
temp[1][1] = temp[1][0];
temp[1][0] = 0;
ending.add(temp);
temp= shuzufuzhi(input0);
temp[1][1] = temp[1][2];
temp[1][2] = 0;
ending.add(temp);
temp= shuzufuzhi(input0);
temp[1][1] = temp[2][1];
temp[2][1] = 0;
ending.add(temp);
}else {
if(i0 == 1) {//当0位于中间行(除中心点)时
int[][] temp = new int[3][3];
temp= shuzufuzhi(input0);
temp[1][j0] = temp[0][j0];
temp[0][j0] = 0;
ending.add(temp);
temp= shuzufuzhi(input0);
temp[1][j0] = temp[2][j0];
temp[2][j0] = 0;
ending.add(temp);
if(j0 == 0) {//(1,0)
temp= shuzufuzhi(input0);
temp[1][0] = temp[1][1];
temp[1][1] = 0;
ending.add(temp);
}else {//(1,2)
temp= shuzufuzhi(input0);
temp[1][2] = temp[1][1];
temp[1][1] = 0;
ending.add(temp);
}
}else {
if(j0 == 1) {//当0位于中间列(除中心点)时
int[][] temp = new int[3][3];
temp= shuzufuzhi(input0);
temp[i0][1] = temp[i0][0];
temp[i0][0] = 0;
ending.add(temp);
temp= shuzufuzhi(input0);
temp[i0][1] = temp[i0][2];
temp[i0][2] = 0;
ending.add(temp);
if(i0 == 0) {//(0,1)
temp= shuzufuzhi(input0);
temp[0][1] = temp[1][1];
temp[1][1] = 0;
ending.add(temp);
}else {//(2,1)
temp= shuzufuzhi(input0);
temp[2][1] = temp[1][1];
temp[1][1] = 0;
ending.add(temp);
}
}else {
if((i0 == 0)&&(j0 == 0)) {//0在(0,0)
int[][] temp = new int[3][3];
temp= shuzufuzhi(input0);
temp[0][0] = temp[0][1];
temp[0][1] = 0;
ending.add(temp);
temp= shuzufuzhi(input0);
temp[0][0] = temp[1][0];
temp[1][0] = 0;
ending.add(temp);
}else {
if((i0 == 0)&&(j0 == 2)) {//0在(0,2)
int[][] temp = new int[3][3];
temp= shuzufuzhi(input0);
temp[0][2] = temp[0][1];
temp[0][1] = 0;
ending.add(temp);
temp= shuzufuzhi(input0);
temp[0][2] = temp[1][2];
temp[1][2] = 0;
ending.add(temp);
}else {
if((i0 == 2)&&(j0 == 0)) {//0在(2,0)
int[][] temp = new int[3][3];
temp= shuzufuzhi(input0);
temp[2][0] = temp[1][0];
temp[1][0] = 0;
ending.add(temp);
temp= shuzufuzhi(input0);
temp[2][0] = temp[2][1];
temp[2][1] = 0;
ending.add(temp);
}else {//0在(2,2)
int[][] temp = new int[3][3];
temp= shuzufuzhi(input0);
temp[2][2] = temp[1][2];
temp[1][2] = 0;
ending.add(temp);
temp= shuzufuzhi(input0);
temp[2][2] = temp[2][1];
temp[2][1] = 0;
ending.add(temp);
}
}
}
}
}
}
return ending;
}
/**
* 选择排序
* 按照启发测度从小大大排序
* @param arr
*/
public static void sort(ArrayList<int[][]> list,int[][] result) {
int[] arr = new int[list.size()];
for(int i = 0;i < list.size();i ++) {
arr[i] = qifahanshu(list.get(i),result);
}
for (int x = 0; x < arr.length - 1; x++) {
for (int y = x + 1; y < arr.length; y++) {
if (arr[x] > arr[y]) {
int temp = arr[x];
int[][] temp0 = list.get(x);
arr[x] = arr[y];
list.add(x, list.get(y));
list.remove(x + 1);
arr[y] = temp;
list.remove(y);
list.add(y,temp0);
}
}
}
}
/**
* 基于内容判断，而非地址
* 用来判断某元素是否在list中
* true表示数组在list中
* false表示富足不再list中
* @param input
* @return
*/
public static boolean visittest(ArrayList<int[][]> input,int[][] shuzu) {
boolean ending = false;
int[][] temp = new int[3][3];
for(int i = 0;i < input.size();i ++) {
temp = input.get(i);
if(qifahanshu(temp,shuzu) == 0) {
ending = true;
break;
}
}
return ending;
}
/**
* 测试中用于输出数组
* @param input
*/
public static void showtest(int[][] input) {
int[][] input0 = new int[3][3];
input0 = shuzufuzhi(input);
for(int i = 0;i < 3;i ++) {
for(int j = 0;j < 3;j ++) {
System.out.print(input0[i][j] + ",");
}
System.out.println("");
}
System.out.println("");
}
}
/**
* 树上的节点
* @author ZingsGF
*
*/
class node{
private node parrent = null;
private ArrayList<node> children = new ArrayList<>();
private int[][] data = new int[3][3];
public boolean visit = false;//该节点是否被访问过
public boolean create = false;//该节点是否生成过子节点
node(node parrent,int[][] data) {
this.parrent = parrent;
this.data = data;
}
public ArrayList<node> getchildren() {
return this.children;
}
public void addchild(node child) {
children.add(child);
}
public int[][] getdata() {
return data;
}
public node getparent(){
return this.parrent;
}
}
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