这是一道poj1184的题目，由于求解的是最优解，所以首先想到的就是使用广度优先搜索。对于这道题目我同时使用set容器，来作为状态判重。
/*
* POJ 1184 聪明的打字员
* 版本1 ： 普通的广度搜索 ,使用set进行状态判重
*/
#include<iostream>
#include<queue>
#include<set>
#include<ctime>
//#include<fstream>
#define CODE_LENGTH 6
using namespace std;
typedef struct str{
int step;
string code;
int pos; //光标的位置
str(){}
//光标的初始位置为0
str(int s , string c):step(s),code(c),pos(0){}
//重载operator<
friend bool operator<(const str& a, const str& b) {
if(a.code < b.code )
return true;
if(a.code > b.code )
return false;
if( a.pos < b.pos )
return true;
if( a.pos > b.pos)
return false ;
return false ;
}
}Str;
typedef pair<set<Str>::iterator,bool> Pair;
queue<Str> Queue; //bfs的队列的数据结构
set<Str> HashSet; //状态判重的set
//ofstream out("result.txt");
static int pushNUM=0;
//index :标记使用的操作
//state：表示当前节点
Str changeCode(const Str& state,const int& index){
Str tmp = state ;
char c;
//1 : swap0 2: swap1 3:up 4:down 5:left 6:right
switch( index ){
case 1: if( 0 == tmp.pos ) {}
else {
c= tmp.code[0];
tmp.code[0]= tmp.code[tmp.pos];
tmp.code[tmp.pos] = c;
}
break;
case 2: if( 5 == tmp.pos ) {}
else{
c = tmp.code[5];
tmp.code[5]= tmp.code[tmp.pos];
tmp.code[ tmp.pos] = c ;
}
break;
//注意这里是字符不是数字
case 3: if( '9' == tmp.code[ tmp.pos ] ){}
else{
tmp.code[tmp.pos] += 1 ;
}
break;
case 4: if( '0' == tmp.code[ tmp.pos ] ){}
else{
tmp.code[tmp.pos] -= 1 ;
}
break;
case 5: if( 0 == tmp.pos ) {}
else{
tmp.pos -=1 ;
}
break;
case 6: if( 5 == tmp.pos ){}
else{
tmp.pos += 1;
}
break;
default: cout<<"ERROR!"<<endl; break;
}
tmp.step +=1 ;
return tmp;
}
void bfsSearch(const Str& org,Str& dest){
//step1: push the original node into the queue
Queue.push(org);
HashSet.insert(org);
Str curr,tmp;
Pair check;
while(! Queue.empty()){
curr = Queue.front();
Queue.pop();
//step2 : check wether find the target node
if( dest.code == curr.code){
dest.step = curr.step ;
return ;
}
for(int i=1; i<=6 ;i++){
tmp = changeCode(curr,i);
check = HashSet.insert(tmp);
//检查是否为重复状态
if( false == check.second )
continue ;
else{
Queue.push(tmp ) ;
pushNUM++;
}
}
}
}
int main(){
string org,dest;
cin>>org>>dest;
Str strOrg(0,org),strDest(0,dest);
clock_t time=clock();
bfsSearch( strOrg, strDest );
cout<<"Time consumed: "<<clock()-time <<" MS"<<endl;
cout<<strDest.step<<endl;
cout<<"pushNum= "<<pushNUM<<endl;
// out.close();
return 0;
}在这里值得注意的地方如下：
1、由于重复状态的条件必须满足有相同的code和光标位置，所以在str结构体中重载operator<操作时，需要同时考虑code和pos两个域，保证这两个状态的都相同时，是不会被插入到set中的。因为对于set来说，他判断是否insert时发生冲突是通过两次使用operator<对两个状态进行检测，发现得出相同的结果。如果比较对象域是string这样的标准类型的话，那么在operator<函数中不能出现等于号，即写成这样是错误的：return a.code <= b.code，因为这样的话，就不会发生冲突了。
2、由于没有进行其他方面的优化，所以这个程序的效率是比较差的。
下面是我改用hash处理状态判重的一个程序：
/*
* POJ 1184 聪明的打字员
* 版本2 ： 使用hash进行状态判重
*/
#include<iostream>
#include<queue>
#include<set>
#include<ctime>
//#include<fstream>
#define HashTableSize 262147
using namespace std;
typedef struct str{
int step;
string code;
int pos; //光标的位置
str(){}
//光标的初始位置为0
str(int s , string c):step(s),code(c),pos(0){}
}Str,*PStr;
//typedef pair<set<Str>::iterator,bool> Pair;
queue<Str> Queue; //A*的堆数据结构
set<Str> HashSet; //状态判重的set
PStr hashTable[HashTableSize]={NULL}; //状态判重的hash表
//static int conflict=0,hashNum=0;
//ofstream out("result.txt");
int getHashValue(const Str& state){
string str(state.code);
str = str.append(1,state.pos+'0');
int hashValue=0 ,len= str.length()+1;
for(int i=0; i<len ;i++)
hashValue = 37*hashValue+ str[i];
hashValue %= HashTableSize ;
if( hashValue <0 )
hashValue += HashTableSize ;
return hashValue ;
}
inline bool isEqual(const Str& a,const Str& b){
return ((a.code==b.code) && (a.pos == b.pos ))? true : false ;
}
bool insertHashTable(const Str& state){
int hashValue = getHashValue(state);
if( hashTable[hashValue] && !isEqual(state , *hashTable[hashValue])){
while(hashTable[hashValue])
hashValue ++;
}
if( !hashTable[hashValue]){
hashTable[hashValue ] = new Str();
*hashTable[hashValue ]=state ;
return true ;
}
return false ;
}
//index :标记使用的操作
//state：表示当前节点
Str changeCode(const Str& state,const int& index){
Str tmp = state ;
char c;
//1 : swap0 2: swap1 3:up 4:down 5:left 6:right
switch( index ){
case 1: if( 0 == tmp.pos ) {}
else {
c= tmp.code[0];
tmp.code[0]= tmp.code[tmp.pos];
tmp.code[tmp.pos] = c;
}
break;
case 2: if( 5 == tmp.pos ) {}
else{
c = tmp.code[5];
tmp.code[5]= tmp.code[tmp.pos];
tmp.code[ tmp.pos] = c ;
}
break;
//注意这里是字符不是数字
case 3: if( '9' == tmp.code[ tmp.pos ] ){}
else{
tmp.code[tmp.pos] += 1 ;
}
break;
case 4: if( '0' == tmp.code[ tmp.pos ] ){}
else{
tmp.code[tmp.pos] -= 1 ;
}
break;
case 5: if( 0 == tmp.pos ) {}
else{
tmp.pos -=1 ;
}
break;
case 6: if( 5 == tmp.pos ){}
else{
tmp.pos += 1;
}
break;
default: cout<<"ERROR!"<<endl; break;
}
tmp.step +=1 ;
return tmp;
}
void bfsSearch(const Str& org,Str& dest){
//step1: push the original node into the queue
Queue.push(org);
insertHashTable(org);
Str curr,tmp;
bool check;
while(! Queue.empty()){
curr = Queue.front();
Queue.pop();
//step2 : check wether find the target node
if( dest.code == curr.code){
dest.step = curr.step ;
return ;
}
for(int i=1; i<=6 ;i++){
tmp = changeCode(curr,i);
check = insertHashTable(tmp);
//检查是否为重复状态
if( false == check )
continue ;
else{
Queue.push(tmp ) ;
}
}
}
}
int main(){
string org,dest;
cin>>org>>dest;
Str strOrg(0,org),strDest(0,dest);
clock_t time=clock();
bfsSearch( strOrg, strDest );
cout<<"Time consumed: "<<clock()-time <<" MS"<<endl;
cout<<strDest.step<<endl;
// out.close();
return 0;
}
这里我把光标的位置直接放到code的最后一位，这样直接作为字符串来处理，方便很多。但是测试下来，性能没有太大的提高，因为需要搜索的状态实在太多，到后面hash冲突现象很严重。
后来我用A*算法来优化BFS搜索，代码如下：
/*
* POJ 1184 聪明的打字员
* 版本3 ： A* ,使用set进行状态判重
*/
#include<iostream>
#include<queue>
#include<set>
#include<ctime>
//#include<fstream>
#define CODE_LENGTH 6
#define TABLE_SIZE 1<<16
using namespace std;
typedef struct str{
int step;
string code;
int pos; //光标的位置
int fCost;
int hCost;
int myindex;
int parent ;
str(){}
//光标的初始位置为0
str(int s , string c):step(s),code(c),pos(0){}
//重载operator<
friend bool operator<(const str& a, const str& b) {
//注意一定要写成< ，这样才能排除code相同的Str
return a.code < b.code ;
}
}Str;
//堆的比较函数
struct compareFunction{
bool operator()(const Str& a,const Str& b){
return a.fCost>=b.fCost ;
}
};
typedef pair<set<string>::iterator,bool> Pair;
priority_queue<Str,vector<Str>,compareFunction> Heap;
set<string> ClosedSet; //A*的关闭列表
set<string> OpenSet;
//ofstream out("result.txt");
static int storageTableIndex=0;
//目标串
string cc="654321";
static int pushNum=0;
//index :标记使用的操作
//state：表示当前节点
Str changeCode(const Str& state,const int& index){
Str tmp = state ;
char c;
//1 : swap0 2: swap1 3:up 4:down 5:left 6:right
switch( index ){
case 1: if( 0 == tmp.pos ) {}
else {
c= tmp.code[0];
tmp.code[0]= tmp.code[tmp.pos];
tmp.code[tmp.pos] = c;
}
break;
case 2: if( 5 == tmp.pos ) {}
else{
c = tmp.code[5];
tmp.code[5]= tmp.code[tmp.pos];
tmp.code[ tmp.pos] = c ;
}
break;
//注意这里是字符不是数字
case 3: if( '9' == tmp.code[ tmp.pos ] ){}
else{
tmp.code[tmp.pos] += 1 ;
}
break;
case 4: if( '0' == tmp.code[ tmp.pos ] ){}
else{
tmp.code[tmp.pos] -= 1 ;
}
break;
case 5: if( 0 == tmp.pos ) {}
else{
tmp.pos -=1 ;
}
break;
case 6: if( 5 == tmp.pos ){}
else{
tmp.pos += 1;
}
break;
default: cout<<"ERROR!"<<endl; break;
}
tmp.step +=1 ;
return tmp;
}
//局面评估函数
int calCost(const string& str){
int len= str.length(),cost=0 ;
for( int i=0 ; i< len ; i++){
if( str[i]!=cc[i])
cost++;
}
return cost;
}
void aStarSearch(const Str& org,Str& dest){
//step1: push the original node into the Heap
Heap.push(org);
Str curr,tmp;
Pair check ,check1;
string tmpString;
tmpString = org.code;
tmpString = tmpString.append(1,org.pos+'0');
OpenSet.insert(tmpString);
while(! Heap.empty()){
curr = Heap.top();
Heap.pop();
tmpString = curr.code;
tmpString = tmpString.append(1,curr.pos+'0');
//step2: 进入关闭列表
check = ClosedSet.insert(tmpString);
if( false == check.second )
continue ;
//step3 : check wether find the target node
if( dest.code == curr.code){
dest.step = curr.step ;
dest.parent = curr.parent;
return ;
}
for(int i=1; i<=6 ;i++){
tmp = changeCode(curr,i);
tmpString = tmp.code;
tmpString = tmpString.append(1,tmp.pos+'0');
check = ClosedSet.insert(tmpString);
check1 = OpenSet.insert(tmpString);
//检查是否为关闭状态，是否为已有状态
if( false == check.second || false == check1.second )
continue ;
else{
//step4: push new state into heap
ClosedSet.erase(check.first) ;
tmp.hCost = curr.hCost+1 ;
tmp.fCost = tmp.hCost + calCost( tmp.code );
tmp.myindex = storageTableIndex++;
tmp.parent = curr.myindex ;
// storageTable[tmp.myindex] = tmp;
Heap.push(tmp);
pushNum++;
}
}
}
}
int main(){
string org,dest;
cin>>org>>dest;
Str strOrg(0,org),strDest(0,dest);
strOrg.fCost=0;
strOrg.hCost=0;
strOrg.parent = -1;
strOrg.myindex=storageTableIndex++;
// storageTable[strOrg.myindex]=strOrg;
clock_t time=clock();
aStarSearch( strOrg, strDest );
cout<<"Time consumed: "<<clock()-time <<" MS"<<endl;
cout<<strDest.step<<endl;
cout<<"pushNum= "<<pushNum<<endl;
// cout<<"pushNum= "<<pushNUM<<endl;
// out.close();
return 0;
}
这里有一些值得注意的地方：
1、这里关闭列表使用的是set容器，另外和传统的A*算法不同，我这里没有将产生的已有状态，但还没有进入关闭列表的状态，加入到堆数据结构中，因为可以分析出来，在这道题目中，这些状态是不可能产生更好的搜索路径的。这样大大提高了搜索效率。
但是在有些例子下，还是搜索时间太长了，需要进一步剪枝优化。
在这些程序中使用到的一些技巧吧：
1、使用pair这个utility。声明定义pair，如：typedef pair<set<string>::iterator , bool > Pair ;
pair的两个域可以分别用first和second来引用。
2、set容器中的insert有一个版本为 pair insert( constTYPE &val ); 注意返回的是pair。
3、string中的一个append版本为：basic_string &append( size_type num, char ch ); 在字符串的末尾添加num个字符ch 。
文章转载出处：http://blog.csdn.net/urecvbnkuhbh_54245df/article/details/5853291