#include <iostream> #include <iomanip> #include <cstring> #include <cmath> #include <vector> #include <set> #include <queue> #include <functional> #include <ctime> #include <cstdlib> using namespace std; const char GOAL_STATE[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,0}; class Puzzle { protected: char puzzle[16]; int index(char searched) const { for(int i=0; i<16; i++) { if (puzzle[i]==searched) return i; } return -1; } public: Puzzle(const char init[16] = NULL) { if(init!=NULL) { memcpy(puzzle, init, sizeof(char)*16); } else { memcpy(puzzle, GOAL_STATE, sizeof(char)*16); } } void show() const { for(int i=0; i<4; i++) { for(int j=0; j<4; j++) { cout << setw(3) << (int)puzzle[i*4+j] << " "; } cout << endl; } } bool move(int m_pos) { int b_pos = index(0); int b_x = b_pos / 4; int b_y = b_pos % 4; int x = m_pos / 4; int y = m_pos % 4; if (m_pos < 16 && ( (x == b_x && (y == b_y + 1 || y == b_y - 1)) || (y == b_y && (x == b_x + 1 || x == b_x - 1)) ) ) { char tmp = puzzle[m_pos]; puzzle[m_pos] = puzzle[b_pos]; puzzle[b_pos] = tmp; return true; } else return false; } int count_correct() const { int ret = 0; for(int i=0; i<16; i++) if ((i<15 && (puzzle[i])==i+1) || (i==15 && puzzle[i]==0)) ret++; return ret; } vector<int> possible_moves() const { vector<int> ret; int b_pos = index(0); int b_x = b_pos / 4; int b_y = b_pos % 4; ret.push_back(b_y * 4 + b_x - 1); ret.push_back((b_y - 1) * 4 + b_x); if (b_x<3) ret.push_back(b_y * 4 + b_x + 1); if (b_y<3) ret.push_back((b_y + 1) * 4 + b_x); return ret; } }; class AStarPuzzle : public Puzzle { int H; int f; public: int tried; AStarPuzzle* previous; AStarPuzzle(const char init[16] = NULL, int _f = 0, int _tried = 0, AStarPuzzle* _previous = NULL) : Puzzle(init) { f = _f; tried = _tried; previous = _previous; } AStarPuzzle (const AStarPuzzle& old) : Puzzle(old.puzzle) { f = old.f; tried = old.tried; previous = old.previous; } double heur() const { double ret = 0.0; for (int goalIndex = 0 ; goalIndex<16; goalIndex++) { int tileIndex = index( GOAL_STATE[goalIndex] ); ret += abs((double)((goalIndex % 4) - (tileIndex % 4))); ret += abs(floor(goalIndex / 4.0) - floor(tileIndex / 4.0)); } return 0.1*f + max(ret, (double)count_correct()); } bool operator<(const AStarPuzzle& other) const { return heur()>other.heur(); } int get_f() { return f; } void increase_f() { f++; } AStarPuzzle operator=(const AStarPuzzle& rhs) { cout << "STUB: AStarPuzzle::operator=" << endl; return *this; /// !!! } ~AStarPuzzle() { cout << "STUB: AStarPuzzle::~AStarPuzzle" << endl; } void operator delete(void *p) { cout << "Attempting to delete AStarPuzzle?" << endl; } }; struct CompareHeuristics : public std::binary_function<AStarPuzzle*, AStarPuzzle*, bool > { bool operator()(AStarPuzzle* lhs, AStarPuzzle* rhs) const { return lhs->heur() > rhs->heur(); } }; vector<int> retracePath(AStarPuzzle* c) { vector<int> ret; while (c->previous!=NULL) { c = c->previous; ret.push_back(c->tried); } return ret; } vector<int> aStar(AStarPuzzle* current) { set<AStarPuzzle*> openList; set<AStarPuzzle*> closedList; std::priority_queue<AStarPuzzle*, std::vector<AStarPuzzle*>, CompareHeuristics> openHeap; int max_corr = 0; int min_step = 0; openList.insert(current); openHeap.push(current); while (openList.size()!=0) { current = openHeap.top(); cout << "An iteration. heur()==" << current->heur() << endl; current->show(); openHeap.top(); if (current->count_correct() == 16) { //return vector<int>(); return retracePath(current); } openList.erase(current); closedList.insert(current); vector<int> directions = current->possible_moves(); for(unsigned int i=0; i<directions.size(); i++) { AStarPuzzle* tile = new AStarPuzzle(*current); tile->move(directions[i]); tile->increase_f(); if (closedList.count(tile)==0) { int corr = tile->count_correct(); int f = tile->get_f(); if (corr > max_corr or (corr == max_corr && f < min_step)) { max_corr = corr; min_step = f; cout << corr << "," << f << endl; } tile->previous = current; if (openList.count(tile)==0) { openList.insert(tile); openHeap.push(tile); } } } } return vector<int>(); } int main(int argc, char **argv) { char shuffled[16] = {0, 3, 7, 5, 9, 12 , 13 , 11, 8, 6 , 14, 4 , 15, 2 , 10 , 1 }; memcpy(shuffled, GOAL_STATE, sizeof(char)*16); srand(time(0)); for (int i=0; i<16; i++) { int r = i + (rand() % (16-i)); char temp = shuffled[i]; shuffled[i] = shuffled[r]; shuffled[r] = temp; } AStarPuzzle* p = new AStarPuzzle(shuffled); p->show(); aStar(p); return 0; }
Standard input is empty
10 6 15 1 14 9 0 11 12 5 13 4 3 7 8 2 An iteration. heur()==46 10 6 15 1 14 9 0 11 12 5 13 4 3 7 8 2 An iteration. heur()==46 10 6 15 1 14 9 0 11 12 5 13 4 3 7 8 2 An iteration. heur()==46 10 6 15 1 14 9 0 11 12 5 13 4 3 7 8 2 An iteration. heur()==46 10 6 15 1 14 9 0 11 12 5 13 4 3 7 8 2 An iteration. heur()==46 10 6 15 1 14 9 0 11 12 5 13 4 3 7 8 2 An iteration. heur()==46 10 6 15 1 14 9 0 11 12 5 13 4 3 7 8 2 An iteration. heur()==46 10 6 15 1 14 9 0 11 12 5 13 4 3 7 8 2 An iteration. heur()==46 10 6 15 1 14 9 0 11 12 5 13 4 3 7 8 2 An iteration. heur()==46 10 6 15 1 14 9 0 11 12 5 13 4 3 7 8 2 An iteration. heur()==46 10 6 15 1 14 9 0 11 12 5 13 4 3 7 8 2 An iteration. heur()==46 10 6 15 1 14 9 0 11 12 5 13 4 3 7 8 2 An iteration. heur()==46 10 6 15 1 14 9 0 11 12 5 13 4 3 7 8 2 An iteration. heur()==46 10 6 15 1 14 9 0 11 12 5 13 4 3 7 8 2 An iteration. heur()==46 10 6 15 1 14 9 0 11 12 5 13 4 3 7 8 2 An iteration. heur()==46 10 6 15 1 14 9 0 11 12 5 13 4 3 7 8 2 An iteration. 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