人工智能—问题规约法(Reduction)[二]



梵塔问题编程


求解梵塔问题的关键在于将n盘问题分解为一个1盘问题(本原问题)和两个(n-1)盘问题。然后再将(n-1)盘规约为一个1盘问题和两个(n-2)盘问题。以此类推,最终规约为1盘问题,即本原问题。我们可以用python实现 n 盘转移过程:

这里首先要对我的变量进行说明:
  • n:盘子个数

  • x,y,z:指针表示,这里用赋值为1,2,3

  • state[ ]:n个盘子所在指针的位置。其中列表中位置越靠前表明盘子越大。

  • 若n =4,则初始状态为[1,1,1,1],目标是达到状态[3,3,3,3]

取n= 4,运行文尾代码:

结果如图:

附python代码:

# -*- coding:utf-8 -*-
#返回要改变盘的状态的索引
def getindexz(state,x):
    index = []
    for i in range(len(state)-1,-1,-1):
        if state[i]==x:
           index.append(i)
    return index[0]

def hanoi(n,x,y,z,state): 
    #如果是一盘问题,直接对x位置的盘移动到z  
    if n ==1:
       state[getindexz(state, x)]=z
       #打印盘子的状态
       print x,'--->',z,state
    else:
    #两个n-1盘问题,规约
    #x位置的n-1盘移动到y
       hanoi(n-1, x, z, y,state)
       state[getindexz(state, x)]=z
       print x,'--->',z,state
    #y位置的n-1盘移动到z
       hanoi(n-1, y, x, z,state)      
n = int(raw_input(u'请输入汉诺塔的层数:'))
state =[1 for x in xrange(n)]
hanoi(n,1,2,3,state)

梵塔问题编程


求解梵塔问题的关键在于将n盘问题分解为一个1盘问题(本原问题)和两个(n-1)盘问题。然后再将(n-1)盘规约为一个1盘问题和两个(n-2)盘问题。以此类推,最终规约为1盘问题,即本原问题。我们可以用python实现 n 盘转移过程:

这里首先要对我的变量进行说明:
  • n:盘子个数

  • x,y,z:指针表示,这里用赋值为1,2,3

  • state[ ]:n个盘子所在指针的位置。其中列表中位置越靠前表明盘子越大。

  • 若n =4,则初始状态为[1,1,1,1],目标是达到状态[3,3,3,3]

取n= 4,运行文尾代码:

结果如图:

附python代码:

# -*- coding:utf-8 -*-
#返回要改变盘的状态的索引
def getindexz(state,x):
    index = []
    for i in range(len(state)-1,-1,-1):
        if state[i]==x:
           index.append(i)
    return index[0]

def hanoi(n,x,y,z,state): 
    #如果是一盘问题,直接对x位置的盘移动到z  
    if n ==1:
       state[getindexz(state, x)]=z
       #打印盘子的状态
       print x,'--->',z,state
    else:
    #两个n-1盘问题,规约
    #x位置的n-1盘移动到y
       hanoi(n-1, x, z, y,state)
       state[getindexz(state, x)]=z
       print x,'--->',z,state
    #y位置的n-1盘移动到z
       hanoi(n-1, y, x, z,state)      
n = int(raw_input(u'请输入汉诺塔的层数:'))
state =[1 for x in xrange(n)]
hanoi(n,1,2,3,state)
### 问题约法概念 问题约法是一种用于解决问题的技术,其核心思想在于将复杂的问题逐步分解成更简单的小问题直到可以直接求解为止。这种方法通常应用于人工智能领域中的自动定理证明、逻辑推理等问题中。对于一个问题P,如果能够找到一组子问题{S1, S2,...,Sn}使得当这些问题全部被解决时原问题也随之得到解答,则称实现了对该问题的一次有效归约[^1]。 ```python def problem_reduction(problem): sub_problems = decompose_problem(problem) solutions = [] for sp in sub_problems: solution = solve(sp) solutions.append(solution) final_solution = combine_solutions(solutions) return final_solution ``` ### 代价法概念 代价法主要指在搜索过程中考虑每一步行动所需付出的成本,并以此作为评价标准来指导搜索过程的一种方法。具体来说,在面对多个可能的选择时,会选择那个总成本最低或者预期收益最高的路径前进。这种策略广泛存在于启发式搜索算法之中,比如A*算法就是典型代表之一。它不仅适用于静态环境下的最短路徑問題,同样也能处理动态变化场景里的资源分配等挑战。 ```python import heapq def a_star_search(start, goal, heuristic_cost_estimate, distance_between): open_set = [(0, start)] came_from = {} g_score = {start: 0} f_score = {start: heuristic_cost_estimate(start, goal)} while open_set: _, current = heapq.heappop(open_set) if current == goal: path = reconstruct_path(came_from, current) return path for neighbor in get_neighbors(current): tentative_gscore = g_score[current] + distance_between(current, neighbor) if neighbor not in g_score or tentative_gscore < g_score[neighbor]: came_from[neighbor] = current g_score[neighbor] = tentative_gscore f_score[neighbor] = tentative_gscore + heuristic_cost_estimate(neighbor, goal) heapq.heappush(open_set, (f_score[neighbor], neighbor)) return None ```
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