人工智能水壶问题 python解法

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人工智能水壶问题 python解法
- 问题描述
- 宽度优先搜索
- 状态空间
- 操作类型
- 思路
- 代码

补充发两篇文章记录一下之前用到的宽度优先算法

问题描述

给定两个水壶，一个可以装4升水，一个能装3升水，水壶上没有任何度量标记。有一水龙头可以用来往壶中灌水。问题是怎样在能装4升的水壶里面恰好只装2升水。

问题不难理解,就是倒水,倒来倒去然后一个杯子里只剩2升水了

宽度优先搜索

把起始点放入queue；
重复下述2步骤，直到queue为空为止：
1 . 从queue中取出队列头的点；
2 . 找出与此点邻接的且尚未遍历的点，进行标记，然后全部放入queue中。

可以看看这篇文章,类似关于算法的介绍网上很多

状态空间

(x,y）

x代表3升水壶当前的水量，范围(0,1,2,3)
y代表4升水壶当前的水量，范围(0,1,2,3,4)。
初值(0,0)，目标值(2,?)或者(?,2)

操作类型

本道题的操作也不难,倒来倒去也就这么几种

装满4升水壶
装满3升水壶
清空4升水壶
清空3升水壶
3升水壶往4升到 (4升倒满或3升清空)
4升水壶往3升到 (3升倒满或4升清空)

思路

将各个属性放到一个类中,初始化状态空间,置为全0,仅仅(0,0)点为1,作为是否访问过的依据,再初始化一个队列来存放需要访问的节点,在类中编写操作相关的6个函数,接着使用宽度优先搜索算法进行循环,为了能够获取出正确并且多组路径,在每个节点的内容中添加了其父节点的信息。最后根据这些信息还原出所有的有效路径，这里稍微做出的改进是当遇到目标值后就不再对当前节点继续深入。

代码

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2020/10/15 19:12
# @Author  : Tong Tianyu
# @File    : chapter1_1.py
import queue
import numpy as np# 定义水壶类对象
class Kettle:def __init__(self):self.x = 0  # 三升的水壶self.y = 0  # 四升的水壶self.state_space = np.zeros((4, 5))  # 定义状态空间self.q_tmp = queue.Queue()  # 定义队列self.final = []  # 定义结果self.final_only_data = [[0, 0]]  # 便于操作的结果def BFS(self):# con = 1self.q_tmp.put([0, 0])self.final.append([[0, 0], 'none', [0]])self.state_space[0][0] = 1while len(self.q_tmp.queue) != 0:a, b = self.q_tmp.get()if a == 2 or b == 2:continuepre = [a, b]# print('----------------', con, '------------------')self.x, self.y = a, bself.Pour_X()self.update(pre, a, b, 'Pour_X')self.Pour_Y()self.update(pre, a, b, 'Pour_Y')self.Empty_X()self.update(pre, a, b, 'Empty_X')self.Empty_Y()self.update(pre, a, b, 'Empty_Y')self.Pour_X_To_Y()self.update(pre, a, b, 'Pour_X_To_Y')self.Pour_Y_To_X()self.update(pre, a, b, 'Pour_Y_To_X')# con += 1return self.final, self.final_only_datadef update(self, pre, a, b, name):if self.state_space[self.x][self.y] == 0:self.state_space[self.x][self.y] = 1self.q_tmp.put([self.x, self.y])self.final_only_data.append([self.x, self.y])self.final.append([[self.x, self.y], name, pre])self.x, self.y = a, bdef Pour_X(self):'''倒满三升的水壶X'''self.x = 3return Truedef Pour_Y(self):'''倒满四升的水壶Y'''self.y = 4return Truedef Empty_X(self):'''清空三升的水壶X'''self.x = 0return Truedef Empty_Y(self):'''清空四升的水壶Y'''self.y = 0return Truedef Pour_X_To_Y(self):'''三升的水壶x倒入四升y中'''if (self.x + self.y) <= 4:  # 可以完全倒入四升水壶Y中self.y = self.x + self.yself.x = 0else:  # 倒满四升壶y之后还有余量self.x = self.x - (4 - self.y)self.y = 4return Truedef Pour_Y_To_X(self):'''四升水壶y倒入三升水壶x中'''if (self.x + self.y) <= 3:  # 可以完全倒入三升水壶x中self.x = self.x + self.yself.y = 0else:  # 倒满四升壶y之后还有余量self.y = self.y - (3 - self.x)self.x = 3return Trueif __name__ == '__main__':kettle = Kettle()final_list, tmp_list = kettle.BFS()result = []for i in range(len(final_list)):if i == 0:continuedata = final_list[i]print('每行的数据为:', data)pre = data[2]print('当前的父节点为:', pre)pre_index = tmp_list.index(pre)print('当前父节点在列表中的位置为:', pre_index)result = final_list[pre_index][-1]print('当前父节点的路径为:', result)# md这里被深浅复制搞死了a = result.copy()a.append(i)final_list[i][-1] = aprint('*********************************************')def output(order):print('x' + '\t' + 'y' + '\t' + 'method')for i in order:print(*final_list[i][0], sep='\t', end='\t')print(final_list[i][1])con = 0for i in range(len(tmp_list)):if 2 in tmp_list[i]:print(f'-------------方法{con}--------------')order = final_list[i][-1]output(order)con += 1

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