农夫过河 数据结构程序设计

Question

、问题描述
要求设计实现农夫过河问题（农夫带着一只狼，一只养，一棵白菜，一次只能带一个东西）如何安全过河。

2 、问题的解决方案：
可以用栈与队列、深度优先搜索算法及广度优先搜索算法相应的原理去解决问题。
实现四个过河对象（农夫、白菜、羊和狼）的状态，可以用一个四位二进制数来表示，0表示未过河，1表示已经过河了。
过河的对象必须与农夫在河的同一侧，可以设计函数来判断。
防止状态往复，即农夫将一个东西带过去又带回来的情况发生，需将所有可能的状态进行标定。
可用深度优先搜索算法及广度优先搜索算法去解题。

Answer 1

代码如下

#include<iostream>

using namespace std;

#define VertexNum 16 //最大顶点数

typedef struct // 图的顶点
{
int farmer; // 农夫
int wolf; // 狼
int sheep; // 羊
int veget; // 白菜
}Vertex;

typedef struct
{
int vertexNum; // 图的当前顶点数
Vertex vertex[VertexNum]; // 顶点向量（代表顶点）
bool Edge[VertexNum][VertexNum]; // 邻接矩阵. 用于存储图中的边，其矩阵元素个数取决于顶点个数，与边数无关
}AdjGraph; // 定义图的邻接矩阵存储结构

bool visited[VertexNum] = {false}; // 对已访问的顶点进行标记（图的遍历）
int retPath[VertexNum] = {-1}; // 保存DFS搜索到的路径，即与某顶点到下一顶点的路径

// 查找顶点（F，W，S，V）在顶点向量中的位置
int locate(AdjGraph *graph, int farmer, int wolf, int sheep, int veget)
{
// 从0开始查找
for (int i = 0; i < graph->vertexNum; i++)
{
if ( graph->vertex[i].farmer == farmer && graph->vertex[i].wolf == wolf
&& graph->vertex[i].sheep == sheep && graph->vertex[i].veget == veget )
{
return i; //返回当前位置
}
}

return -1; //没有找到此顶点
}

// 判断目前的（F，W，S，V）是否安全
bool isSafe(int farmer, int wolf, int sheep, int veget)
{
//当农夫与羊不在一起时，狼与羊或羊与白菜在一起是不安全的
if ( farmer != sheep && (wolf == sheep || sheep == veget) )
{
return false;
}
else
{
return true; // 安全返回true
}
}

// 判断状态i与状态j之间是否可转换
bool isConnect(AdjGraph *graph, int i, int j)
{
int k = 0;

if (graph->vertex[i].wolf != graph->vertex[j].wolf)
{
k++;
}

if (graph->vertex[i].sheep != graph->vertex[j].sheep)
{
k++;
}

if (graph->vertex[i].veget != graph->vertex[j].veget)
{
k++;
}

// 以上三个条件不同时满足两个且农夫状态改变时，返回真, 也即农夫每次只能带一件东西过桥
if (graph->vertex[i].farmer != graph->vertex[j].farmer && k <= 1)
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}

// 创建连接图
void CreateG(AdjGraph *graph)
{
int i = 0;
int j = 0;

// 生成所有安全的图的顶点
for (int farmer = 0; farmer <= 1; farmer++)
{
for (int wolf = 0; wolf <= 1; wolf++)
{
for (int sheep = 0; sheep <= 1; sheep++)
{
for (int veget = 0; veget <= 1; veget++)
{
if (isSafe(farmer, wolf, sheep, veget))
{
graph->vertex[i].farmer = farmer;
graph->vertex[i].wolf = wolf;
graph->vertex[i].sheep = sheep;
graph->vertex[i].veget = veget;
i++;
}
}
}
}
}

// 邻接矩阵初始化即建立邻接矩阵
graph->vertexNum = i;
for (i = 0; i < graph->vertexNum; i++)
{
for (j = 0; j < graph->vertexNum; j++)
{
// 状态i与状态j之间可转化，初始化为1，否则为0
if (isConnect(graph, i, j))
{
graph->Edge[i][j] = graph->Edge[j][i] = true;
}
else
{
graph->Edge[i][j] = graph->Edge[j][i] = false;
}
}
}

return;
}

// 判断在河的那一边
char* judgement(int state)
{
return ( (0 == state) ? "左岸" : "右岸" );
}

// 输出从u到v的简单路径，即顶点序列中不重复出现的路径
void printPath(AdjGraph *graph, int start, int end)
{
int i = start;

cout << "farmer" << ", wolf" << ", sheep" << ", veget" << endl;

while (i != end)
{
cout << "(" << judgement(graph->vertex[i].farmer) << ", " << judgement(graph->vertex[i].wolf)
<< ", " << judgement(graph->vertex[i].sheep) << ", " << judgement(graph->vertex[i].veget) << ")";
cout << endl;

i = retPath[i];
}

cout << "(" << judgement(graph->vertex[i].farmer) << ", " << judgement(graph->vertex[i].wolf)
<< ", " << judgement(graph->vertex[i].sheep) << ", " << judgement(graph->vertex[i].veget) << ")";
cout << endl;
}

// 深度优先搜索从u到v的简单路径 //DFS--Depth First Search
void dfsPath(AdjGraph *graph, int start, int end)
{
int i = 0;
visited[start] = true; //标记已访问过的顶点

if (start == end)
{
return ;
}

for (i = 0; i < graph->vertexNum; i++)
{
if (graph->Edge[start][i] && !visited[i])
{
retPath[start] = i;
dfsPath(graph, i, end);
}
}
}

int main()
{
AdjGraph graph;
CreateG(&graph);

int start = locate(&graph, 0, 0, 0, 0);
int end = locate(&graph, 1, 1, 1, 1);
dfsPath(&graph, start, end);

if (visited[end]) // 有结果
{
printPath(&graph, start, end);
return 0;
}

return -1;
}