A Za, A Za, Fighting...

坚信:勤能补拙

2011搜索-题,BFS and DFS

题目:
给你一个3升的杯子和一个5升的(杯子是没有刻度的),要你取4升水来(水可以无限取),请问该如何操作。
泛化:
给你一个m升的杯子和一个n升的(杯子是没有刻度的),要你取target升水来(水可以无限取),请问该如何操作.
思路:
搜索: BFS or DFS

分析:
在读完题目之后,首先想到就是归纳所有可行的操作,包括:
1. 装满A
2. 装满B
3. 清空A
4. 清空B
5. 将A中的水倒入B中
6. 将B中的水倒入A中

如果要找到最少操作,使用BFS;如果要找到所有可能的操作,使用DFS

代码:

/*
 * 题目:
 * 给你一个3升的杯子和一个5升的(杯子是没有刻度的),要你取4升水来(水可以无限取),请问该如何操作。
 *
 * 泛化:
 * 给你一个m升的杯子和一个n升的(杯子是没有刻度的),要你取target升水来(水可以无限取),请问该如何操作.
 *
 * 思路:
 * 搜索: BFS or DFS
 
*/
#include
<stdio.h>
#include
<stdlib.h>
#include
<string.h>

#define CAPACITY_LIMIT 15 /* the maximum value of capacity of cups */
#define STATE_LIMIT ((CAPACITY_LIMIT+1)*(CAPACITY_LIMIT+1))

#define GET_BYTE_HIGH(state) (((state) & 0xF0)>>4)
#define GET_BYTE_LOW(state) ((state) & 0x0F)
#define SET_BYTE_HIGH(state, value)  do { ((state) &= 0x0F); \
                                        ((state) 
|= ((value)<<4)); } while(0)
#define SET_BYTE_LOW(state, value)  do { ((state) &= 0xF0); \
                                        ((state) 
|= (value)); } while(0)

int m, n, target;

const char *ops_name[] = {
    
"FILL A",
    
"FILL B",
    
"EMPTY A",
    
"EMPTY B",
    
"FROM A TO B",
    
"FROM B TO A" };

struct State {
    unsigned 
char state;
    
char op;
    
char prev;
} queue[STATE_LIMIT], tmp;

int head, tail;
char visited[STATE_LIMIT];

void
bfs_inner(
int a, int b, int op)
{
    
int c;
    tmp.op 
= op;
    tmp.state 
= queue[head].state;
    
switch(op) {
        
case 0:
            
/* FILL A */
            SET_BYTE_HIGH(tmp.state, m);
            
break;
        
case 1:
            
/* FILL B */
            SET_BYTE_LOW(tmp.state, n);
            
break;
        
case 2:
            
/* EMPTY A */
            SET_BYTE_HIGH(tmp.state, 
0);
            
break;
        
case 3:
            
/* EMPTY B */
            SET_BYTE_LOW(tmp.state, 
0);
            
break;
        
case 4:
            
/* FROM A TO B */
            c 
= a > (n-b) ? (n-b) : a;
            SET_BYTE_LOW(tmp.state, b
+c);
            SET_BYTE_HIGH(tmp.state, a
-c);
            
break;
        
case 5:
            
/* FROM B TO A */
            c 
= b > (m-a) ? (m-a) : b;
            SET_BYTE_HIGH(tmp.state, a
+c);
            SET_BYTE_LOW(tmp.state, b
-c);
            
break;
    }    
    
if(!visited[tmp.state]) {
        visited[tmp.state] 
= 1;
        
++tail;
        memcpy(queue
+tail, &tmp, sizeof(struct State));
    }
}

void
print_bfs_ret(
int index)
{
    
if(index == -1)
        
return;
    print_bfs_ret(queue[index].prev);
    printf(
"%s:\tA(%d), B(%d)\n", queue[index].prev==-1 ? "Init State" : ops_name[queue[index].op], 
            GET_BYTE_HIGH(queue[index].state), GET_BYTE_LOW(queue[index].state));
}

int
bfs()
{
    
int a, b, op;
    memset(visited, 
0sizeof(char)*STATE_LIMIT);
    memset(queue, 
0sizeof(struct State)*STATE_LIMIT);

    head 
= -1;
    tail 
= 0;
    
/* init state, push into queue */
    queue[tail].state 
= 0;
    queue[tail].op 
= -1;
    queue[tail].prev 
= -1;
    visited[queue[tail].state] 
= 1;
    
while(head < tail) { /* while queue's not empty */
        
++head;
        a 
= GET_BYTE_HIGH(queue[head].state);
        b 
= GET_BYTE_LOW(queue[head].state);
        
if(a==target || b==target) /* find it */
            
return 1;

        tmp.prev 
= head;
        
for(op=0; op<6++op) {
            bfs_inner(a, b, op);
        }    
    }
    
return 0;
}

int
state_cal(
int state, int op, int a, int b)
{
    
int c;
    
switch(op) {    
        
case 0:
            
/* FILL A */
            SET_BYTE_HIGH(state, m);
            
break;
        
case 1:
            
/* FILL B */
            SET_BYTE_LOW(state, n);
            
break;
        
case 2:
            
/* EMPTY A */
            SET_BYTE_HIGH(state, 
0);
            
break;
        
case 3:
            
/* EMPTY B */
            SET_BYTE_LOW(state, 
0);
            
break;
        
case 4:
            
/* FROM A TO B */
            c 
= a > (n-b) ? (n-b) : a;
            SET_BYTE_LOW(state, b
+c);
            SET_BYTE_HIGH(state, a
-c);
            
break;
        
case 5:
            
/* FROM B TO A */
            c 
= b > (m-a) ? (m-a) : b;
            SET_BYTE_HIGH(state, a
+c);
            SET_BYTE_LOW(state, b
-c);
            
break;
        
default:
            state 
= -1;
    }
    
return state;
}

int dfs_visited[STATE_LIMIT];
int record[STATE_LIMIT];

void
dfs(
int depth, int state)
{
    
int a, b, op;
    a 
= GET_BYTE_HIGH(state);
    b 
= GET_BYTE_LOW(state);
    
if(a==4 || b==4) {
        
/* result print */
        
int i;
        
for(i=0; i<depth; ++i)
            printf(
"%s\n", ops_name[record[i]]);
        printf(
"--------------------------------------\n");
        
return;
    }
    dfs_visited[state] 
= 1;
    
for(op=0; op<6++op) {
        
int nstate = state_cal(state, op, a, b);
        
if(!dfs_visited[nstate]) {
            record[depth] 
= op;
            dfs(depth
+1, nstate);
        }
    }
    dfs_visited[state] 
= 0;
}

int
main(
int argc, char **argv)
{
    printf(
"Enter capacity of A: ");
    scanf(
"%d"&m);
    printf(
"Enter capacity of B: ");
    scanf(
"%d"&n);
    printf(
"Enter target: ");
    scanf(
"%d"&target);

    dfs(
00);
    
return;
}


posted on 2011-08-12 17:40 simplyzhao 阅读(192) 评论(0)  编辑 收藏 引用


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