Как решить парадигму из 15 головоломок на Прологе с помощью эвристики Манхэттена и Хэмминга

У меня есть реализация игры с 15 головоломками, использующая Prolog (Swipl). Я уже реализовал поиск A*, используя эвристику Манхэттена, но теперь мне нужно добавить эвристику Хэмминга.

Вы знаете, как это реализовать?

:- op(400,yfx,'@'). 

resolver(Estado,MovimientosSolucion) :- evaluar(Estado,0,F),
                                        buscarSolucion([Estado@0@F@[]],S), reverse(S,MovimientosSolucion).

evaluar(Estado,Profundidad,F) :-  evaluarCoste(Estado,Coste),
                                  F is Profundidad + Coste.

buscarSolucion([Estado@_@_@MovimientosSolucion|_], MovimientosSolucion) :-  solucion(Estado).
buscarSolucion([B|R],S) :-  expandir(B,Sucesores),
                            insertarTodos(Sucesores,R,ListaAbiertos),
                            buscarSolucion(ListaAbiertos,S).

insertarUno(B,ListaAbiertos,ListaAbiertos) :- nodoRepetido(B,ListaAbiertos), ! .

insertarUno(B,[C|R],[B,C|R]) :- costeMenor(B,C), ! .
insertarUno(B,[B1|R],[B1|S]) :- insertarUno(B,R,S), !.
                                insertarUno(B,[],[B]).

insertarTodos([F|R],ListaAbiertos1,ListaAbiertos2) :- insertarUno(F,ListaAbiertos1,ListaAbiertos3),
                                                      insertarTodos(R,ListaAbiertos3,ListaAbiertos2).
                                                      insertarTodos([],ListaAbiertos,ListaAbiertos).

nodoRepetido(Estado@_@_@_, [Estado@_@_@_|_]).

costeMenor( _@_@F1@_ , _@_@F2@_ ) :- F1 < F2.

expandir(Estado@Profundidad@_@S,Sucesores) :- findall(Sucesor@Profundidad1@F@[Movimiento|S],
                                          (Profundidad1 is Profundidad+1,
                                          mover(Estado,Sucesor,Movimiento),
                                          evaluar(Sucesor,Profundidad1,F)), Sucesores).

solucion(1/2/3/4/5/6/7/8/9/10/11/12/13/14/15/0).

manhattan(A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P, Coste) :-  a(A,CosteA), b(B,CosteB), c(C,CosteC), d(D, CosteD),
                                                      e(E,CosteE), f(F,CosteF), g(G,CosteG), h(H,CosteH),
                                                      i(I,CosteI), j(J,CosteJ), k(K,CosteK), l(L,CosteL),
                                                      m(M,CosteM), n(N,CosteN), o(O,CosteO), p(P,CosteP),
                                                      Coste is CosteA + CosteB + CosteC + CosteD + CosteE + CosteF + CosteG + CosteH + CosteI + CosteJ + CosteK + CosteL + CosteM + CosteN + CosteO + CosteP.

evaluarCoste(Tablero,Coste) :- hamming_distance(Tablero,Coste).

mover(TableroInicial,TableroFinal,moverArriba) :- moverArriba(TableroInicial,TableroFinal).
mover(TableroInicial,TableroFinal,moverAbajo) :- moverAbajo(TableroInicial,TableroFinal).
mover(TableroInicial,TableroFinal,moverDerecha) :- moverDerecha(TableroInicial,TableroFinal).
mover(TableroInicial,TableroFinal,moverIzquierda) :- moverIzquierda(TableroInicial,TableroFinal).

moverArriba(A/B/C/D/0/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P,0/B/C/D/A/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P).
moverArriba(A/B/C/D/E/0/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P,A/0/C/D/E/B/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P).
moverArriba(A/B/C/D/E/F/0/H/I/J/K/L/M/N/O/P,A/B/0/D/E/F/C/H/I/J/K/L/M/N/O/P).
moverArriba(A/B/C/D/E/F/G/0/I/J/K/L/M/N/O/P,A/B/C/0/E/F/G/D/I/J/K/L/M/N/O/P).
moverArriba(A/B/C/D/E/F/G/H/0/J/K/L/M/N/O/P,A/B/C/D/0/F/G/H/E/J/K/L/M/N/O/P).
moverArriba(A/B/C/D/E/F/G/H/I/0/K/L/M/N/O/P,A/B/C/D/E/0/G/H/I/F/K/L/M/N/O/P).
moverArriba(A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/0/L/M/N/O/P,A/B/C/D/E/F/0/H/I/J/G/L/M/N/O/P).
moverArriba(A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/0/M/N/O/P,A/B/C/D/E/F/G/0/I/J/K/H/M/N/O/P).
moverArriba(A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/0/N/O/P,A/B/C/D/E/F/G/H/0/J/K/L/I/N/O/P).
moverArriba(A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/0/O/P,A/B/C/D/E/F/G/H/I/0/K/L/M/J/O/P).
moverArriba(A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/0/P,A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/0/L/M/N/K/P).
moverArriba(A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/0,A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/0/M/N/O/L).

moverAbajo(0/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P,E/B/C/D/0/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P).
moverAbajo(A/0/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P,A/F/C/D/E/0/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P).
moverAbajo(A/B/0/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P,A/B/G/D/E/F/0/H/I/J/K/L/M/N/O/P).
moverAbajo(A/B/C/0/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P,A/B/C/H/E/F/G/0/I/J/K/L/M/N/O/P).
moverAbajo(A/B/C/D/0/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P,A/B/C/D/I/F/G/H/0/J/K/L/M/N/O/P).
moverAbajo(A/B/C/D/E/0/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P,A/B/C/D/E/J/G/H/I/0/K/L/M/N/O/P).
moverAbajo(A/B/C/D/E/F/0/H/I/J/K/L/M/N/O/P,A/B/C/D/E/F/K/H/I/J/0/L/M/N/O/P).
moverAbajo(A/B/C/D/E/F/G/0/I/J/K/L/M/N/O/P,A/B/C/D/E/F/G/L/I/J/K/0/M/N/O/P).
moverAbajo(A/B/C/D/E/F/G/H/0/J/K/L/M/N/O/P,A/B/C/D/E/F/G/H/M/J/K/L/0/N/O/P).
moverAbajo(A/B/C/D/E/F/G/H/I/0/K/L/M/N/O/P,A/B/C/D/E/F/G/H/I/N/K/L/M/0/O/P).
moverAbajo(A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/0/L/M/N/O/P,A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/O/L/M/N/0/P).
moverAbajo(A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/0/M/N/O/P,A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/P/M/N/O/0).

moverDerecha(0/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P,B/0/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P).
moverDerecha(A/0/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P,A/C/0/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P).
moverDerecha(A/B/0/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P,A/B/D/0/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P).
moverDerecha(A/B/C/D/0/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P,A/B/C/D/F/0/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P).
moverDerecha(A/B/C/D/E/0/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P,A/B/C/D/E/G/0/H/I/J/K/L/M/N/O/P).
moverDerecha(A/B/C/D/E/F/0/H/I/J/K/L/M/N/O/P,A/B/C/D/E/F/H/0/I/J/K/L/M/N/O/P).
moverDerecha(A/B/C/D/E/F/G/H/0/J/K/L/M/N/O/P,A/B/C/D/E/F/G/H/J/0/K/L/M/N/O/P).
moverDerecha(A/B/C/D/E/F/G/H/I/0/K/L/M/N/O/P,A/B/C/D/E/F/G/H/I/K/0/L/M/N/O/P).
moverDerecha(A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/0/L/M/N/O/P,A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/L/0/M/N/O/P).
moverDerecha(A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/0/N/O/P,A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/N/0/O/P).
moverDerecha(A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/0/O/P,A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/O/0/P).
moverDerecha(A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/0/P,A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/P/0).

moverIzquierda(A/0/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P,0/A/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P).
moverIzquierda(A/B/0/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P,A/0/B/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P).
moverIzquierda(A/B/C/0/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P,A/B/0/C/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P).
moverIzquierda(A/B/C/D/E/0/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P,A/B/C/D/0/E/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P).
moverIzquierda(A/B/C/D/E/F/0/H/I/J/K/L/M/N/O/P,A/B/C/D/E/0/F/H/I/J/K/L/M/N/O/P).
moverIzquierda(A/B/C/D/E/F/G/0/I/J/K/L/M/N/O/P,A/B/C/D/E/F/0/G/I/J/K/L/M/N/O/P).
moverIzquierda(A/B/C/D/E/F/G/H/I/0/K/L/M/N/O/P,A/B/C/D/E/F/G/H/0/I/K/L/M/N/O/P).
moverIzquierda(A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/0/L/M/N/O/P,A/B/C/D/E/F/G/H/I/0/J/L/M/N/O/P).
moverIzquierda(A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/0/M/N/O/P,A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/0/K/M/N/O/P).
moverIzquierda(A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/0/O/P,A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/0/M/O/P).
moverIzquierda(A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/0/P,A/B/C/D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/0/N/P).

% coste en distancias de cada posicion 
a(0,6). a(1,0). a(2,1). a(3,2). a(4,3). a(5,1). a(6,2). a(7,3). a(8,4). a(9,2). a(10,3). a(11,4). a(12,5). a(13,3). a(14,4). a(15,5).
b(0,5). b(1,1). b(2,0). b(3,1). b(4,2). b(5,2). b(6,1). b(7,2). b(8,3). b(9,3). b(10,2). b(11,3). b(12,4). b(13,4). b(14,3). b(15,4).
c(0,4). c(1,2). c(2,1). c(3,0). c(4,1). c(5,3). c(6,2). c(7,1). c(8,2). c(9,4). c(10,3). c(11,2). c(12,3). c(13,5). c(14,4). c(15,3).
d(0,3). d(1,3). d(2,2). d(3,1). d(4,0). d(5,4). d(6,3). d(7,2). d(8,1). d(9,5). d(10,4). d(11,3). d(12,2). d(13,6). d(14,5). d(15,4).
e(0,5). e(1,1). e(2,2). e(3,3). e(4,4). e(5,0). e(6,1). e(7,2). e(8,3). e(9,1). e(10,2). e(11,3). e(12,4). e(13,2). e(14,3). e(15,4).
f(0,4). f(1,2). f(2,1). f(3,2). f(4,3). f(5,1). f(6,0). f(7,1). f(8,2). f(9,2). f(10,1). f(11,2). f(12,3). f(13,3). f(14,2). f(15,3).
g(0,3). g(1,3). g(2,2). g(3,1). g(4,2). g(5,2). g(6,1). g(7,0). g(8,1). g(9,3). g(10,2). g(11,1). g(12,2). g(13,4). g(14,3). g(15,2).
h(0,2). h(1,4). h(2,3). h(3,2). h(4,1). h(5,3). h(6,2). h(7,1). h(8,0). h(9,4). h(10,3). h(11,2). h(12,1). h(13,5). h(14,4). h(15,3).
i(0,4). i(1,2). i(2,3). i(3,4). i(4,5). i(5,1). i(6,2). i(7,3). i(8,4). i(9,0). i(10,1). i(11,2). i(12,3). i(13,1). i(14,2). i(15,3).
j(0,3). j(1,3). j(2,2). j(3,3). j(4,4). j(5,2). j(6,1). j(7,2). j(8,3). j(9,1). j(10,0). j(11,1). j(12,2). j(13,2). j(14,1). j(15,2).
k(0,2). k(1,4). k(2,3). k(3,2). k(4,3). k(5,3). k(6,2). k(7,1). k(8,2). k(9,2). k(10,1). k(11,0). k(12,1). k(13,3). k(14,2). k(15,1).
l(0,1). l(1,5). l(2,4). l(3,3). l(4,2). l(5,4). l(6,3). l(7,2). l(8,1). l(9,3). l(10,2). l(11,1). l(12,0). l(13,4). l(14,3). l(15,2).
m(0,3). m(1,3). m(2,4). m(3,5). m(4,6). m(5,2). m(6,3). m(7,4). m(8,5). m(9,1). m(10,2). m(11,3). m(12,4). m(13,0). m(14,1). m(15,2).
n(0,2). n(1,4). n(2,3). n(3,4). n(4,5). n(5,3). n(6,2). n(7,3). n(8,4). n(9,2). n(10,1). n(11,2). n(12,3). n(13,1). n(14,0). n(15,1).
o(0,1). o(1,5). o(2,4). o(3,3). o(4,4). o(5,4). o(6,3). o(7,2). o(8,3). o(9,3). o(10,2). o(11,1). o(12,2). o(13,2). o(14,1). o(15,0).
p(0,0). p(1,6). p(2,5). p(3,4). p(4,3). p(5,5). p(6,4). p(7,3). p(8,2). p(9,4). p(10,3). p(11,2). p(12,1). p(13,3). p(14,2). p(15,1).

Большое спасибо


search a-star heuristics prolog sliding-tile-puzzle
person Alex Silva    schedule 08.07.2014    source источник
comment
вас может заинтересовать этот ответ   -  person CapelliC    schedule 08.07.2014
comment
попробую спасибо :)   -  person Alex Silva    schedule 08.07.2014
comment
Я быстро реализовал 15-головоломку путем прямой модификации (и улучшения) моего кода для 8-головоломки. Вы заинтересованы?   -  person CapelliC    schedule 09.07.2014
comment
Ну, это может быть здорово увидеть: D Я ищу реализацию с алгоритмом A *.   -  person Alex Silva    schedule 09.07.2014

Ответы (1)


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Вот решатель головоломки на 8, расширенный... возможно, он будет использовать слишком много памяти. Он реализует просто жадную эвристику. Было бы интересно расширить его с помощью A*...

/*  File:    fifteen_puzzle.pl
    Author:  Carlo,,,
    Created: Jul  9 2014
    Purpose: solve 15-puzzle
*/

:- module(fifteen_puzzle,
      [fifteen_puzzle/3
      ]).

:- use_module(library(nb_set)).
:- use_module(library(plunit)).

%%  fifteen_puzzle(+Target, +Start, -Moves) is nondet.
%
%   public interface to solver
%
fifteen_puzzle(Target, Start, Moves) :-
    empty_nb_set(E),
    solve(E, Target, Start, Moves).

%%  -- private here --

solve(_, Target, Target, []) :-
    !.
solve(S, Target, Current, [Move|Ms]) :-
    add_to_seen(S, Current),
    setof(Dist-M-Update,
          (  get_move(Current, P, M),
         apply_move(Current, P, M, Update),
         distance(Target, Update, Dist)
          ), Moves),
    member(_-Move-U, Moves),
    solve(S, Target, U, Ms).

%%  get_move(+Board, +P, -Q) is semidet
%
%   based only on coords, get next empty cell
%
get_move(Board, P, Q) :-
    nth0(P, Board, 0),
    coord(P, R, C),
    (   R < 3, Q is P + 4
    ;   R > 0, Q is P - 4
    ;   C < 3, Q is P + 1
    ;   C > 0, Q is P - 1
    ).

%%  apply_move(+Current, +P, +M, -Update)
%
%   swap elements at position P and M
%
apply_move(Current, P, M, Update) :-
    assertion(nth0(P, Current, 0)), % constrain to this application usage
    ( P > M -> (F,S) = (M,P) ; (F,S) = (P,M) ),
    nth0(S, Current, Sv, A),
    nth0(F, A, Fv, B),
    nth0(F, C, Sv, B),
    nth0(S, Update, Fv, C).

%%  coord(+P, -R, -C)
%
%   from linear index to row, col
%   size fixed to 4*4
%
coord(P, R, C) :-
    R is P // 4,
    C is P mod 4.

%%  distance(+Current, +Target, -Dist)
%
%   compute Manatthan distance between equals values
%
distance(Current, Target, Dist) :-
    aggregate_all(sum(D),
              (   nth0(P, Current, N), coord(P, Rp, Cp),
              nth0(Q, Target, N), coord(Q, Rq, Cq),
              D is abs(Rp - Rq) + abs(Cp - Cq)
              ), Dist).

%%  add_to_seen(+S, +Current)
%
%   fail if already in, else store
%
add_to_seen(S, L) :-
    %term_to_atom(L, A),
    findall(C, (nth0(I, L, D), C is D*10^I), Cs),
    sum_list(Cs, A),
    add_nb_set(A, S, true).

:- begin_tests(fifteen_puzzle).

show_square(R) :-
    findall(Row, (between(1,4,_), length(Row, 4)), Rows),
    append(Rows, R),
    nl, maplist(show_row, Rows).
show_row(R) :-
    format('~t~d~3+~t~d~3+~t~d~3+~t~d~3+~n', R).

show_solution(P, []) :-
    show_square(P).
show_solution(P, [M|Ms]) :-
    show_square(P),
    nth0(C, P, 0),
    apply_move(P, C, M, U),
    show_solution(U, Ms).

target(  [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,0]).

start(0, [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,0,13,14,15]).
start(1, [1,2,3,4,5,6,7,8,0,10,11,12,9,13,14,15]).

test(0) :- runtest(0).
test(1) :- runtest(1).

runtest(N) :-
    target(T),
    start(N, S),
    fifteen_puzzle(T, S, R),
    format('solution of ~d: ~w~n', [N, R]),
    show_solution(S, R).

:- end_tests(fifteen_puzzle).

вы можете использовать ?- run_tests(fifteen_puzzle). для простого теста.

person CapelliC    schedule 09.07.2014