1 条题解

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    @ 2025-7-2 15:15:16
    /*
    A*算法
    
    做法:
    引入一个估值函数,用来估计某个点到达终点的距离。
    记f是估值函数,g是真实值,那么f(state) <= g(state),越接近越好(当估值是0时,类似于Dijkstra算法)
    记dist是从起点到state状态的步数;
    利用的是优先队列,排序依据是dist[state] + f(state)
    
    
    证明:
        反证法:
        假设终点第一次出堆时不是最小值,那么意味着dist[end] > dist优
        那么说明堆中存在一个最优路径中的某个点(起码起点在路径上),记该点为u,
        dist优 = dist[u] + g(u) >= dist[u] + f(u)
        -> dist[end] > dist优 >= dist[u] + f(u),说明优先队列中存在一个比出堆元素更小的值,这就矛盾了。
        所以说终点第一次出堆时就是最优的。
    
    应用的环境:
        1、有解(无解时,仍然会把所有空间搜索,会比一般的bfs慢,因为优先队列的操作是logn的)
        2、边权非负,如果是负数,那么终点的估值有可能是负无穷,终点可能会直接出堆
    
    性质:
        除了终点以外的其他点无法在出堆或者如堆的时候确定距离,只能保证终点出堆时是最优的可以。
    
    */
    
    #include <iostream>
    #include <cstring>
    #include <queue>
    #include <unordered_map>
    #include <algorithm>
    
    
    using namespace std;
    
    typedef pair<int , string> PIS;
    
    unordered_map<string , int> dist;
    unordered_map<string , pair<string , char>> pre;
    priority_queue<PIS , vector<PIS> , greater<PIS>> heap;
    string ed = "12345678x";
    int dx[4] = {-1 , 0 , 1 , 0} , dy[4] = {0 , 1 , 0 , -1};
    char op[] = "urdl";
    
    int f(string state)//求估值函数,这里是曼哈顿距离
    {
        int res = 0;
        for(int i = 0 ; i < 9 ; i++)
        {
            if(state[i] != 'x')
            {
                int t = state[i] - '1';
                res += abs(t / 3 - i / 3) + abs(t % 3 - i % 3);
            }
        }
        return res;
    }
    
    string bfs(string start)
    {
        heap.push({f(start) , start});
        dist[start] = 0;
    
        while(heap.size())
        {
            auto t = heap.top();
            heap.pop();
    
            string state = t.second;
            int step = dist[state];//记录到达state的实际距离
            if(state == ed) break;//如果到达终点就break
    
            int k = state.find('x');
            int x = k / 3 , y = k % 3;
    
            string source = state;//因为在下面state会变,所以留一个备份
            for (int i = 0; i < 4; i ++ )
            {
                int a = x + dx[i], b = y + dy[i];
                if (a >= 0 && a < 3 && b >= 0 && b < 3)
                {
                    swap(state[x * 3 + y], state[a * 3 + b]);
                    if (!dist.count(state) || dist[state] > step + 1)
                    {
                        dist[state] = step + 1;
                        pre[state] = {source, op[i]};
                        heap.push({dist[state] + f(state), state});
                    }
                    swap(state[x * 3 + y], state[a * 3 + b]);//因为要多次交换,所以要恢复现场
                }
            }
    
        }
    
        string res;
        while(ed != start)
        {
            res += pre[ed].second;
            ed = pre[ed].first;
        }
        reverse(res.begin() , res.end());
        return res;
    }
    
    int main()
    {
        string start , seq;
        for(int i = 0 ; i < 9 ; i++)
        {
            char c;
            cin >> c;
            start += c;
            if(c != 'x') seq += c;
        }
    
        int cnt = 0;
        for(int i = 0 ; i < 8 ; i ++)
            for(int j = i + 1 ; j < 8 ; j++)
                if(seq[i] > seq[j])
                    cnt++;
    
        if(cnt % 2) puts("unsolvable");
        else cout << bfs(start) << endl;
    
        return 0;
    }
    
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