妖怪与和尚过河问题
作者:追风剑情 发布于:2015-11-5 21:20 分类:Algorithms
有三个妖怪和三个和尚要利用唯一一条小船过河,这条小船每次至少载一个人最多载两个人,无论是在河的两岸还是在船上,只要妖怪的数量大于和尚的数量,妖怪们就会将和尚吃掉。现在需要选择一种过河的安排,保证和尚和妖怪都能过河且和尚不能被妖怪吃掉。
- using System;
- using System.Collections.Generic;
- using System.Linq;
- using System.Text;
- namespace MonkTest
- {
- class Program
- {
- static void Main(string[] args)
- {
- new AcrossRiver().SearchState();
- Console.Read();
- }
- }
- }
- /// <summary>
- /// 过河问题求解类
- /// 思路: 把抽象问题转化成计算能处理的数学模型
- /// 算法原理:利用状态树求解 (采用深度优先搜索)
- /// 效率优化: 采用剪枝、去重
- /// </summary>
- public class AcrossRiver
- {
- //过河动作枚举
- private enum ActionName
- {
- //一个妖怪过河
- ONE_MONSTER_GO,
- //两个妖怪过河
- TWO_MONSTER_GO,
- //一个和尚过河
- ONE_MONK_GO,
- //两个和尚过河
- TWO_MONK_GO,
- //一个妖怪和一个和尚过河
- ONE_MONSTER_ONE_MONK_GO,
- //一个妖怪返回
- ONE_MONSTER_BACK,
- //两个妖怪返回
- TWO_MONSTER_BACK,
- //一个和尚返回
- ONE_MONK_BACK,
- //两个和尚返回
- TWO_MONK_BACK,
- //一个妖怪和一个和尚返回
- ONE_MONSTER_ONE_MONK_BACK
- };
- //船的行使方向枚举
- private enum BoatLocation
- {
- REMOTE, //对岸
- LOCAL //本岸
- }
- //过河动作数学模型
- private class ActionEffection
- {
- public ActionName act;
- public BoatLocation boat_to;//船移动的方向
- public int move_monster;//此次移动的妖怪数量
- public int move_monk;//此次移动的和尚数量
- public ActionEffection(ActionName act, BoatLocation boat_to, int move_monster, int move_monk)
- {
- this.act = act;
- this.boat_to = boat_to;
- this.move_monster = move_monster;
- this.move_monk = move_monk;
- }
- }
- private class ItemState
- {
- public int local_monster = 3;
- public int local_monk = 3;
- public int remote_monster = 0;
- public int remote_monk = 0;
- public BoatLocation boat = BoatLocation.LOCAL;
- public ActionName curAct;
- public const int MAX_MONSTER_COUNT = 3;
- public const int MAX_MONK_COUNT = 3;
- //此方法用于剪枝
- public bool CanTakeAction(ActionEffection ae)
- {
- if (boat == ae.boat_to)
- return false;
- int local_move_monster = local_monster + ae.move_monster;
- int local_move_monk = local_monk + ae.move_monk;
- int remote_move_monster = remote_monster - ae.move_monster;
- int remote_move_monk = remote_monk - ae.move_monk;
- //数量判断
- if (local_move_monster < 0 || local_move_monster > MAX_MONSTER_COUNT)
- return false;
- if (local_move_monk < 0 || local_move_monk > MAX_MONK_COUNT)
- return false;
- return true;
- }
- //判断当前状态是否为最终状态
- public bool IsFinalState()
- {
- if (remote_monster == MAX_MONSTER_COUNT && remote_monk == MAX_MONK_COUNT)
- return true;
- return false;
- }
- //判断是否为有效状态
- public bool IsValidState()
- {
- //如果妖怪数量>=和尚数量,则和尚会被吃掉。
- if ((local_monk > 0 && local_monster > local_monk) || (remote_monk > 0 && remote_monster > remote_monk))
- return false;
- return true;
- }
- public override string ToString()
- {
- string s = string.Format("{0}_{1}_{2}_{3}_{4}", boat, local_monster, local_monk, remote_monster, remote_monk);
- return s;
- }
- public ItemState Clone()
- {
- ItemState state = new ItemState();
- state.local_monster = local_monster;
- state.local_monk = local_monk;
- state.remote_monster = remote_monster;
- state.remote_monk = remote_monk;
- state.boat = boat;
- state.curAct = curAct;
- return state;
- }
- }
- //过河动作列表
- private ActionEffection[] actEffect = new ActionEffection[10];
- private StateStack states = new StateStack();
- private ItemState last_local_state = null;
- public AcrossRiver()
- {
- //初始化10种过河动作
- actEffect[0] = new ActionEffection(ActionName.ONE_MONSTER_GO, BoatLocation.REMOTE, -1, 0);
- actEffect[1] = new ActionEffection(ActionName.TWO_MONSTER_GO, BoatLocation.REMOTE, -2, 0);
- actEffect[2] = new ActionEffection(ActionName.ONE_MONK_GO, BoatLocation.REMOTE, 0, -1);
- actEffect[3] = new ActionEffection(ActionName.TWO_MONK_GO, BoatLocation.REMOTE, 0, -2);
- actEffect[4] = new ActionEffection(ActionName.ONE_MONSTER_ONE_MONK_GO, BoatLocation.REMOTE, -1, -1);
- actEffect[5] = new ActionEffection(ActionName.ONE_MONSTER_BACK, BoatLocation.LOCAL, 1, 0);
- actEffect[6] = new ActionEffection(ActionName.TWO_MONSTER_BACK, BoatLocation.LOCAL, 2, 0);
- actEffect[7] = new ActionEffection(ActionName.ONE_MONK_BACK, BoatLocation.LOCAL, 0, 1);
- actEffect[8] = new ActionEffection(ActionName.TWO_MONK_BACK, BoatLocation.LOCAL, 0, 2);
- actEffect[9] = new ActionEffection(ActionName.ONE_MONSTER_ONE_MONK_BACK, BoatLocation.LOCAL, 1, 1);
- //初始化栈
- states.Push(new ItemState());
- }
- public void SearchState()
- {
- ItemState current = states.Back();
- if (null == current)
- return;
- if (current.IsFinalState())
- {
- states.PrintStack();
- return;
- }
- //尝试用10种动作分别与当前状态组合
- for (int i = 0; i < actEffect.Length; i++)
- {
- SearchStateOnNewAction(current, actEffect[i]);
- }
- }
- private void SearchStateOnNewAction(ItemState current, ActionEffection ae)
- {
- ItemState nextState = MakeActionNewState(current, ae);
- if (null != nextState)
- {
- if (nextState.IsValidState() && !states.IsProcessedState(nextState))
- {
- states.Push(nextState);
- SearchState();
- states.Pop();
- }
- }
- }
- private ItemState MakeActionNewState(ItemState curState, ActionEffection ae)
- {
- ItemState newState = null;
- if (null == last_local_state)
- {
- last_local_state = curState;
- }
- if (curState.CanTakeAction(ae))
- {
- newState = curState.Clone();
- newState.local_monster += ae.move_monster;
- newState.local_monk += ae.move_monk;
- newState.remote_monster -= ae.move_monster;
- newState.remote_monk -= ae.move_monk;
- newState.boat = ae.boat_to;
- newState.curAct = ae.act;
- }
- return newState;
- }
- /// <summary>
- /// 状态栈
- /// </summary>
- private class StateStack
- {
- private List<ItemState> list = new List<ItemState>();
- private Dictionary<string, bool> dic = new Dictionary<string, bool>();
- private int way = 1;
- public ItemState Back()
- {
- ItemState state = null;
- if (list.Count > 0)
- {
- state = list[list.Count - 1];
- }
- return state;
- }
- public void Push(ItemState state)
- {
- string key = state.ToString();
- if (dic.ContainsKey(key))
- return;
- dic.Add(key, true);
- list.Add(state);
- }
- public void Pop()
- {
- if (list.Count > 0)
- {
- ItemState state = list[list.Count - 1];
- list.RemoveAt(list.Count - 1);
- dic.Remove(state.ToString());
- }
- }
- public void Clear()
- {
- list.Clear();
- dic.Clear();
- way = 1;
- }
- //判断是否为已搜索过的状态(即,去重)
- public bool IsProcessedState(ItemState state)
- {
- return dic.ContainsKey(state.ToString());
- }
- public void PrintStack()
- {
- Console.WriteLine("方案: {0} ({1}步)", way++, list.Count);
- ItemState state = null;
- for (int i = 0; i < list.Count; i++)
- {
- state = list[i];
- Console.WriteLine("{0} ({1}, {2}, {3}, {4})",
- state.curAct, state.local_monster, state.local_monk, state.remote_monster, state.remote_monk);
- }
- Console.WriteLine("end");
- }
- }
- }
运行效果:
标签: Algorithms
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