传教士和野人问题实验报告

1、1.上机内容传教士与野人问题求解（宽度搜索算法）二 问题背景：从前有一条河，河的左岸有m个传教士(Missionary)和m个野人(Cannibal)，和一艘最多可乘n人的小船。约定左岸，右岸和船上或者没有传教士，或者野人数量少于传教士，否则野人会把传教士吃掉。三 实验内容：编程，接收m和n，搜索一条可让所有的野人和传教士安全渡到右岸的方案，例如下图:（M表示传教士(Missionary)，C 表示野人(Cannibal)）初态目标LeftBankRiverRightbankLeftBankRiverRightbankM.M.C.C.注：本实验的举例均以3个传教士和3个野人同在左岸作为初始状态

2、。四 实验方案和算法： 1数据结构： 本实验需要用到的数据结构主要是队列和堆栈，其实现均包含于dso.h头文件中，分别命名为class stack和class queue。2宽度搜索算法：(1)结点结构：class Move public: int missionary; /要移动的传教士数量 int cannibal; /野人;class ElemType : Move /继承Move类，获得传教士，野人数据成员。private: bool boat; /船是否在左岸？public: ElemType* flag; / 标示前一状态即扩展出本结点的父结点信息 ElemType(int MAX

3、_PEOPLE) /创建初始状态 missionary = cannibal = MAX_PEOPLE; boat = true; flag = NULL;在这里，Elemtype集成了Move，从而获得Move类的传教士和野人数据成员。以上两个类的数据成员用于保存所有扩展生成的结点。其中missionary表示表示左岸上传教士的树目，cannibal表示左岸上野人的树目，boat表示船在哪个岸上（其中true表示在左岸，这是船的初始状态，表示false在右岸）， flag用于标示前一状态即扩展出本结点的父结点信息，以便最后回搜找出解的路径。举例说明：假设左岸有3个传教士和3个野人，小船最多可

4、乘2人。把当前左岸的状态抽象为：(3,3,1)，前两个3代表左岸有3个传教士和3个野人，1代表船在左岸。很明显，目标状态为(0,0,0),表示左岸的传教士和也人数目都是0，而船在右岸。(2)船的行动规则（successor function）:把每一次可行的渡船方案作为行动规则，用Move类的（m,c）表示。行动规则的两位数分别代表要移动的传教士，野人的数量。对于固定大小的船，其装载能力是一定的，所以它的行动规则空间也是一定的。在这里，用MoveGroup类的构造函数构造出所有的行动规则。 注意，这里MoveGroup类中的Move对象只有500的可用空间，所以，输入的传教士和野人数目构成的行

5、动规则不能超过500种。(3)宽度优先算法：实验的主要搜索算法由ANSWER类的构造函数实现，这里主要用到了OPEN和CLOSED队列，以及一个临时的TEMP堆栈。其中，OPEN表用于存放扩展结点，CLOSED表用于存放被扩展结点，TEMP则用于用于记录成功搜索的路径。搜索过程大致如下描述：先构造初始结点以及船的行动规则，初始结点入OPEN队列，以宽度优先依次搜索OPEN队列头结点的子结点，同时保存受访问结点的父结点信息，知道搜索到目标结点或者无解为止。算法框图如下所示： 开始初始接结点并入OPEN队列Y返回OPEN为空？NOPEN队列头结点n出列，并入CLOSED队列把结点的子结点并入OPE

6、N队列，保存父结点Y被扩展结点还有子结点吗？N返回3 程序界面和功能说明：程序运行环境为DOS控制台，运行开始以后，程序提示输入需要坐船的传教士和野人数目，例如输入3表示有3个传教士和3个野人。 用户按回车键以后，程序继续提示输入船的装载能力，例如输入2表示这个船依次最多可以坐2人。注：一般情况下，船的装载能力应该少于传教士或野人的数量，而且一般为偶数。程序开始运行时的界面截图：程序运行结束时的界面截图：输出文件示例：Left(3, 3) | (0, 0)RightStep 1Move 0 missionaries and 2 cannibals to the right side.Left(

7、3, 1) | (0, 2)RightStep 2Move 0 missionaries and 1 cannibals to the left side.Left(3, 2) | (0, 1)RightStep 3Move 0 missionaries and 2 cannibals to the right side.Left(3, 0) | (0, 3)RightStep 4Move 0 missionaries and 1 cannibals to the left side.Left(3, 1) | (0, 2)RightStep 5Move 2 missionaries and 0

8、 cannibals to the right side.Left(1, 1) | (2, 2)RightStep 6Move 1 missionaries and 1 cannibals to the left side.Left(2, 2) | (1, 1)RightStep 7Move 2 missionaries and 0 cannibals to the right side.Left(0, 2) | (3, 1)RightStep 8Move 0 missionaries and 1 cannibals to the left side.Left(0, 3) | (3, 0)Ri

9、ghtStep 9Move 0 missionaries and 2 cannibals to the right side.Left(0, 1) | (3, 2)RightStep 10Move 0 missionaries and 1 cannibals to the left side.Left(0, 2) | (3, 1)RightStep 11Move 0 missionaries and 2 cannibals to the right side.Left(0, 0) | (3, 3)RightOK!5错误说明：（1） 关于有没有解的问题：由于传教士和野人问题是一个真实的问题，来到

10、岸边的传教士和野人数目与船的装载能力都是随机的，所以某些特定情况下，要以一定规则把人都运到船的对岸是没有解的，例如假设有10个传教士和10个野人，船一次最多能够装2人，这时候是不能把人都运到对岸的，这时候程序会提示：There may not be any way to transport these guys.（2） 关于运行时间的问题：本实验使用宽度优先搜索算法，但并没有进行优化，所以有时候程序虽然确实有解，但是由于算法的效率确实很低，造成的时间上的开销有时候可能会比起喝一杯咖啡的时间还要长，这时候程序会提示：Please wait patiently。Working . . .六 心得体会：这个是我们小组的第一个实验，由于经验以及能力有限，所