隐式图的搜索问题（九宫重排）——项目实现

源代码

package SearchPath;public class test {public static void main(String[] args) {Database database = new Database();SearchPath searchPath = new SearchPath(database);searchPath.insertFirst();}
}

package SearchPath;public class Node {private int status[];private int parent[];public int[] getParent() {return parent;}public void setParent(int[] parent) {this.parent = parent;}public int[] getStatus() {return status;}public void setStatus(int[] status) {this.status = status;}private int g;private int h;public void setH(int h) {this.h = h;}public int getG() {return g;}public void setG(int g) {this.g = g;}public int getF() {return g + h;}}

package SearchPath;import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class Database {private List<Node> nodeList = new ArrayList<>();private List<Node> closeList = new ArrayList<>();private List<Node> changeList = new ArrayList<>();private List<Node> pathList = new ArrayList<Node>();public Database() {}public List<Node> getPathList() {return pathList;}public List<Node> getCloseList() {return closeList;}public List<Node> getOpenList() {return nodeList;}public List<Node> getChangeList() {return changeList;}
}

package SearchPath;import java.util.Arrays;
import java.util.List;public class NodeDao {private List<Node> openList;private List<Node> closeList;private List<Node> changeList;private List<Node> pathList;public List<Node> getPathList() {return pathList;}public List<Node> getOpenList() {return openList;}public NodeDao(Database database) {this.openList = database.getOpenList();this.closeList = database.getCloseList();this.changeList = database.getChangeList();this.pathList = database.getPathList();}/*** 写入open表* @return*/public void insertOpenList(Node node) {openList.add(node);}/*** 写入close表*/public void insertCloseList(Node node) {closeList.add(node);openList.remove(node);}/*** 对open表按f(n)由小到大排序*/public void sort() {bubbleSort(openList);}/***冒泡排序*/public void bubbleSort(List<Node> list){for (int i = 0; i < list.size(); i++) {for (int j = 0; j < list.size() - i - 1; j++) {if (list.get(j).getF() > list.get(j + 1).getF()) {Node temp = list.get(j);list.set(j, list.get(j + 1));list.set(j + 1, temp);}}}}/*** 判断是否已存储*/public boolean judge(Node node) {boolean flag = false;for (int i = 0; i < openList.size(); i++) {if (Arrays.equals(openList.get(i).getStatus(), node.getStatus())) {flag = true;}}for (int i = 0; i < closeList.size(); i++) {if (closeList != null) {if (Arrays.equals(closeList.get(i).getStatus(), node.getStatus())) {flag = true;}}}return flag;}/*** g(n)相同时，将f(n)较大值从open表中删除*/public void delete() {for (int i = 0, j = openList.size() - 1; i < j; i++, j--) {if (openList.get(i).getG() == openList.get(j).getG()) {changeList.add(openList.get(i));changeList.add(openList.get(j));}}if (changeList.size() > 1) {bubbleSort(changeList);//由小到大排序 如果最小的有两个，则把其他的删了if (changeList.get(0).getF() == changeList.get(1).getF()) {for (int i = 2; i < changeList.size(); i++) {openList.remove(changeList.get(i));closeList.add(changeList.get(i));}} else {for (int i = 1; i < changeList.size(); i++) {openList.remove(changeList.get(i));closeList.add(changeList.get(i));}}for (int i = 0; i < changeList.size(); i++) {changeList.remove(i);}} else if (changeList.size() == 1) {openList.remove(changeList.get(0));closeList.remove(changeList.get(0));changeList.remove(0);}}/*** 通过数组找到该结点*/public Node previous(int[] arr) {Node node = null;for (int i = 0; i < closeList.size(); i++) {if (Arrays.equals(closeList.get(i).getStatus(), arr)) {node = closeList.get(i);//保存至路径表，方便最后按顺序输出pathList.add(node);}}return node;}
}

package SearchPath;import java.util.Arrays;
import java.util.Scanner;public class SearchPath {private NodeDao nodeDao;public SearchPath(Database database) {nodeDao = new NodeDao(database);}int[] start=new int[9];//{2, 5, 8, 3, 4, 6, 1, 7, 0};int[] target=new int[9];// {2, 8, 6, 3, 5, 0, 1, 4, 7};int g = 0;int flag = -1;/*** 将输入的数存入数组中*/public void inputStart(){Scanner scanner=new Scanner(System.in);System.out.println("请输入初始状态：");for(int i=0;i<9;i++) {start[i] = scanner.nextInt();}}public void inputTarget(){Scanner scanner=new Scanner(System.in);System.out.println("请输入目标状态：");for(int i=0;i<9;i++) {target[i] = scanner.nextInt();}}/*** 将第一个结点写入open表，并进行第一次搜索、随之判断、再搜索、再判断*/public void insertFirst() {inputStart();inputTarget();Node node = new Node();node.setStatus(start);node.setH(countH(start));node.setG(0);nodeDao.insertOpenList(node);g++;move(node);start();}/*** 根据不同的情况选择下一步进行扩展搜索的结点*/public void start() {if (nodeDao.getOpenList().size() > 1) {if (nodeDao.getOpenList().get(0).getF() != nodeDao.getOpenList().get(1).getF()) {g++;move(nodeDao.getOpenList().get(0));nextSearch();} else {g++;move(nodeDao.getOpenList().get(0));move(nodeDao.getOpenList().get(1));nextSearch();}} else {g++;move(nodeDao.getOpenList().get(0));nextSearch();}}/*** 再次搜索与判断*/public void nextSearch() {search();if (flag >= 0) {searchParent(nodeDao.getOpenList().get(flag));printLast();} else {//如果g(n)相同，则将f(n)较大的值从open表中删除，放入close表中nodeDao.delete();start();}}/*** 移动空格,产生新的结点*/public void move(Node parent) {int zero = index(parent.getStatus());if (zero != 0 && zero != 3 && zero != 6) {//如果能左移，则进行左移创造新结点int[] A = parent.getStatus().clone();A[zero] = A[zero - 1];A[zero - 1] = 0;insertNew(parent, A);}if (zero != 2 && zero != 5 && zero != 8) {//如果能右移，则进行右移创造新节点int[] B = parent.getStatus().clone();B[zero] = B[zero + 1];B[zero + 1] = 0;insertNew(parent, B);}if (zero != 0 && zero != 1 && zero != 2) {//如果能上移，则进行上移创造新节点int[] C = parent.getStatus().clone();C[zero] = C[zero - 3];C[zero - 3] = 0;insertNew(parent, C);}if (zero != 6 && zero != 7 && zero != 8) {//如果能下移，则进行下移创造新节点int[] D = parent.getStatus().clone();D[zero] = D[zero + 3];D[zero + 3] = 0;insertNew(parent, D);}//将父节点存入close表，并从open表中删除nodeDao.insertCloseList(parent);nodeDao.sort();}/*** 根据情况将新结点加入open表*/public void insertNew(Node parent, int[] arr) {Node node = new Node();node.setStatus(arr);node.setG(g);node.setH(countH(arr));node.setParent(parent.getStatus().clone());if (!nodeDao.judge(node)) {nodeDao.insertOpenList(node);}}/*** 计算h(n)*/public int countH(int[] arr) {int flag = 0;for (int i = 0; i < 9; i++) {if (arr[i] != target[i]) {flag++;}}return flag;}/*** 空格即零所在的位置*/public int index(int[] now) {int index = -1;for (int i = 0; i < 9; i++) {if (0 == now[i]) {index = i;}}return index;}/*** 循环找到父结点，存入pathList*/public void searchParent(Node targetNode) {if (targetNode.getParent() != null) {int[] result = targetNode.getParent();//通过数组找到该结点,存入pathListsearchParent(nodeDao.previous(result));}}/*** 判断openList中是否已有目标节点*/public void search() {for (int i = 0; i < nodeDao.getOpenList().size(); i++) {if (Arrays.equals(target, nodeDao.getOpenList().get(i).getStatus())) {flag = i;}}}/*** 按顺序打印路径*/public void printLast() {System.out.println("最短路径如下：");int number = 0;for (int i = nodeDao.getPathList().size() - 1; i >= 0; i--) {int count = 0;int[] result = nodeDao.getPathList().get(i).getStatus();for (int j = 0; j < 9; j++) {count++;printOrder(result, count, j);}System.out.println("------------");number++;}for (int i = 0; i < target.length; i++) {flag++;printOrder(target, flag, i);}System.out.println("------------");System.out.println("一共需要走 " + number + "步 达成目标");}/*** 打印输出*/public void printOrder(int[] arr, int tab, int index) {System.out.print(arr[index] + " ");if (tab % 3 == 0) {System.out.println(" ");}}
}

运行结果

2021.3.15修改：可输入初始状态和目标状态数组。

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