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利用JavaScript在網頁實現八數位啟發式A*演算法動畫效果的圖文程式碼介紹

黄舟
黄舟原創
2017-04-18 09:49:583338瀏覽

這篇文章主要介紹了利用JavaScript在網頁實現八數碼啟發式A*演算法動畫效果,需要的朋友可以參考下

最近人工智能課老師佈置了一個八數碼實驗，網上看到很多八數碼的啟發式A*演算法，但是大多數都是利用C或C++在控制台實現的，於是我用js在網頁中做了一個類似的。

首先八數碼就是一個九宮格，其中有一個空格，其他八個對應數字1-8，

移動空格，使得最後狀態為有序，如下圖

啟發式演算法是指在求解時，利用啟發函數將不符合規則的解節點去掉，從而縮小問題的解空間。

A*演算法是利用評價函數的啟發式演算法，在本例中，利用當前節點狀態與最終節點狀態所不同的格子數來評估節點的優劣，將優越節點儲存並在之後展開，將劣質節點拋棄。

利用web實現這一點首先在html中加入九個如圖所示input文字框，背景圖片為數位格

頁面程式碼為

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
 <meta charset="UTF-8">
 <title>八数码</title>
 <style type="text/css">
 #result input{
  display: inline-block;
  font-family:"微软雅黑";
  font-size: 60px;
  font-weight: 900;
  text-align: center;
  width:100px;
  height:100px;
  background:url(images/0.png);
  background-size:cover;
 }
</style>
</head>
<body>
 <p id="result">
  <input type="text" id="r1">
  <input type="text" id="r2">
  <input type="text" id="r3"><br>
  <input type="text" id="r4">
  <input type="text" id="r5">
  <input type="text" id="r6"><br>
  <input type="text" id="r7">
  <input type="text" id="r8">
  <input type="text" id="r9"><br>
 </p>
 <button onclick="run()">求解</button>
</body>
</html>

接著利用javascript取得輸入的值，並儲存在二維陣列中

var startArray=[[8,1,3],[0,2,4],[7,6,5]];//初始化八数码数组
   //获取输入的初始状态
   var cpic=1;
   for(var i=0;i<N;i++){
    for(var j=0;j<N;j++){
     var rid=&#39;r&#39;+cpic++;
     var inputValue=getId(rid).value;
     if(inputValue==""){inputValue=0;}
     startArray[i][j]=parseInt(inputValue);
     getId(rid).value="";
    }
   }
var startGraph=new Graph(startArray);
var endArray=[[ 1,2,3],[ 8,0,4 ],[ 7,6,5 ]];
var endGraph=new Graph(endArray);//目标节点
evaluateGraph(startGraph,endGraph);
showGraph(startGraph);

其中Graph類別是用來保存一個狀態節點相關資料：

//节点类
  var Graph = function(formData){
   this.form=formData;
   this.evalue=0;
   this.udirect=0;
   this.parent=null;
  };

實作一個showGraph()函數來顯示八數位狀態：

function showGraph(graph) {
   var c=1;
   for(var i=0;i<N;i++){
    for(var j=0;j<N;j++){
     var s=&#39;r&#39;+c++;
     getId(s).style.backgroundImage="url(images/"+graph.form[i][j]+".png)";
    }
   }
  }

利用評估函數evaluateGraph()評估目前節點與目標節點的差距值

//评估函数
  function evaluateGraph(theGraph, endGraph){
   var differ = 0;//差距数
   for (var i = 0; i<N; i++)
   {
    for (var j = 0; j<N; j++)
    {
     if (theGraph.form[i][j] != endGraph.form[i][j]){differ++;}
    }
   }
   theGraph.evalue = differ;
   return differ;
  }

利用moveGraph()函數來移動並返回一個新節點：

//移动数码组
  function moveGraph(theGraph, direct){
   var HasGetBlank = 0;//是否找到空格位置
   var AbleMove = 1;//是否可移动
   var i, j, t_i, t_j;
   //查找空格坐标i,j
   for (i = 0; i<N; i++)
   {
    for (j = 0; j<N; j++)
    {
     if (theGraph.form[i][j] == 0)
     {
      HasGetBlank = 1;
      break;
     }
    }
    if (HasGetBlank == 1)
     break;
   }
   t_i = i;
   t_j = j;
   //移动空格
   switch (direct)
   {
    case 1://上
     t_i--;
     if (t_i<0)
      AbleMove = 0;//移动超过边界
     break;
    case 2://下
     t_i++;
     if (t_i >= N)
      AbleMove = 0;
     break;
    case 3://左
     t_j--;
     if (t_j<0)
      AbleMove = 0;
     break;
    case 4://右
     t_j++;
     if (t_j >= N)
      AbleMove = 0;
     break;
   }
   //Direct方向不能移动，返回原节点
   if (AbleMove == 0)
   {
    return theGraph;
   }
   //向Direct方向移动，生成新节点
   var ta=[[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0]];
   var New_graph = new Graph(ta);
   for (var x = 0; x<N; x++)//复制数码组
   {
    for (var y = 0; y<N; y++)
    {
     New_graph.form[x][y] = theGraph.form[x][y];
    }
   }
   //交换
   New_graph.form[i][j] = New_graph.form[t_i][t_j];//交换空格和移动方向上的数字
   New_graph.form[t_i][t_j] = 0;
   return New_graph;
  }

最後是搜尋函數，透過從初始節點開始一層層向下搜索，直到抵達目標節點，返回子節點，從子節點一層層向上回溯父節點，便可找到解路徑：

//搜索路径
  function Search(beginGraph, endGraph){
   var g1, g2, g;
   var Step = 0;//深度
   var Direct = 0;//方向
   var i;
   var front=-1,rear=-1;
   g1=beginGraph;//初始八数码节点
   while (g1)//队列不空,从close队列中拿出一个节点
   {
    for (i = 1; i <= 4; i++){//分别从四个方向推导出新子节点
     Direct = i;
     if (Direct == g1.udirect)
      continue;//跳过屏蔽方向
     g2=moveGraph(g1,Direct);
     if (evaluateGraph(g2,g1)!=0){//数码组是否可以移动
      evaluateGraph(g1,endGraph);
      evaluateGraph(g2,endGraph);//评价新的节点
      if (g2.evalue <= g1.evalue + 1)//利用评估值判断是否为优越节点
      { //若为优，将g2的父节点指向g1
       g2.parent = g1;
       //设置屏蔽方向，防止往回推
       switch (Direct){
        case 1://上
         g2.udirect = 2;
         break;
        case 2://下
         g2.udirect = 1;
         break;
        case 3://左
         g2.udirect = 4;
         break;
        case 4://右
         g2.udirect = 3;
         break;
       }
       Qu[++rear]=g2;//把优越节点放到close队列
       if (g2.evalue == 0)//为0则搜索完成
       {
        g = g2;
        break;
       }
      }
      else{g2 = null;}//抛弃劣质节点
     }
    }
    //搜索完成，继续退出
    if (typeof g !== &#39;undefined&#39;)
    {
     if (g.evalue == 0)
     {
      break;
     }
    }
    Step++;//统计深度
    if (Step>Max_Step){
     alert("超过搜索深度！");
     break;}
    g1=Qu[++front];//从close队列中拿出一个节点继续下一轮展开
   }
   return g;
  }

最後將解路徑節點依序壓入堆疊，每秒彈出節點，顯示，形成動畫： 

var top=-1;
   var G;
   G = Search(startGraph, endGraph);
   //解序列存入堆栈
   var P=G;
   while (P != null)
   {
    top++;
    St[top] = P;
    P = P.parent;
   }
   //动画执行
   var si=setInterval(function () {
    if (top>-1)
    {
     showGraph(St[top]);
     top--;
    }else {
     clearInterval(si);
    }
   },1000);
  }

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