基于C++的农夫过河问题算法设计与实现方法

/*********************************************** * 农夫过河问题（P64 队列的应用） * 约定：用四位二进制数分别顺序表示农夫、狼、白菜和羊的状态 *   即：{dddd} <=> {Farmer, Wolf, Cabbage, Goat} 其中：d={0,1} * 说明：0表示在东岸 1表示在西岸，初始状态为0000，终止状态为1111************************************************/#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#define MAXSIZE 16typedef int EntryType;typedef struct queue{  EntryType data[MAXSIZE];  int front,rear;    //front队头，rear队尾}SeqQueue, * SeqQueuePtr;// 创建空队列SeqQueuePtr create_sequeue(void){  SeqQueuePtr pque;  pque = (SeqQueuePtr)malloc(sizeof(SeqQueue));  if(pque){    pque->front = 0;    pque->rear = 0;  }  else{    printf("Error: malloc() failed, out of memory!/n");  }  return(pque);}int is_queEmpty(SeqQueuePtr pque){  return( pque->front == pque->rear );}int is_queFull(SeqQueuePtr pque){  return( (pque->rear+1)%MAXSIZE == pque->front);}// 入队int enqueue(SeqQueuePtr pque, EntryType x){  if(is_queFull(pque)){    printf("Queue Overflow Error: trying to add an element onto a full queue/n");    return 1;  }  else{    pque->data[pque->rear] = x;    pque->rear = (pque->rear + 1) % MAXSIZE;    return 0;  }}// 队首元素出队（返回0表示出队异常，出队操作前队列为空）int dequeue(SeqQueuePtr pque, EntryType * e){  if(is_queEmpty(pque)){    printf("Empty Queue./n");    return 0;  }  else{    *e = pque->data[pque->front];    pque->front = (pque->front + 1) % MAXSIZE;    return 1;  }}int is_farmer_crossed(int state){  return ((state & 0x08) != 0);}int is_wolf_crossed(int state){  return ((state & 0x04) != 0);}int is_cabbage_crossed(int state){  return ((state & 0x02) != 0);}int is_goat_crossed(int state){  return ((state & 0x01) != 0);}// 若状态相容（安全）则返回1，否则返回0int is_safe(int state){  if((is_goat_crossed(state) == is_cabbage_crossed(state)) &&    (is_goat_crossed(state) != is_farmer_crossed(state))) // 羊菜同岸且农夫不在场    return(0);  if((is_goat_crossed(state) == is_wolf_crossed(state)) &&    (is_goat_crossed(state) != is_farmer_crossed(state))) // 狼羊同岸且农夫不在场    return(0);  return(1);}void river_crossing_problem(){  int route[16];      // 记录已经考虑过的状态  int state;        // 记录当前时刻的状态（状态编号的二进制形式即状态本身）  int aftercross;     // 记录渔夫当前的选择（渡河对象）会导致的结果状态  int passenger;      // 临时变量，用于表达农夫的选择（对应二进制位为1表示选中该乘客）  int results[16]={0};   // 输出结果  int counter, i;  SeqQueuePtr states_que; //  states_que = create_sequeue(); // 创建“状态”队列  enqueue(states_que,0x00);   // 初始状态0000入队  for(int i = 0; i < 16; i++){    route[i] = -1;  }  //route[0] = 0;  while(!is_queEmpty(states_que) && (route[15] == -1))  {    if( !dequeue(states_que, &state) ){      printf("Error: dequeue() - the queue is empty/n");    }    // 依次考虑农夫可能的选择：携带羊、白菜和狼，以及农夫只身渡河    for( passenger = 1; passenger<= 8; passenger <<= 1 )    {      // 由于农夫总是在过河，随农夫过河的也只能是与农夫同侧的东西      if(((state & 0x08) != 0) == ((state & passenger) != 0)){        // 如果农夫与当前乘客在河岸的同一侧        aftercross = state^( 0x08|passenger ); // 渡河后的情况        if(is_safe(aftercross) && (route[aftercross] == -1)){          // 如果渡河后状态安全，则将其状态入队          route[aftercross] = state; // 将当前状态的索引记录到路径数组中（下标索引为后续状态值）          enqueue(states_que, aftercross);        }      }    }//end for()  }//end while()  // 输出过河策略：0表示在东岸 1表示在西岸，初始状态为0000，终止状态为1111  if(route[15] != -1)  {    //printf("The reverse path is:/n");    counter = 0;    for(state = 15; state != 0; state = route[state]){      //printf("The state is: %d /n",state);      results[counter] = state;      counter++;      //if(state == 0) return;    }    for(i = 0; i< counter; i++){      state= results[i];      aftercross = results[i+1];      if(state & 0x08){        printf("农夫从东岸到西岸:");      }      else{        printf("农夫从西岸到东岸:");      }      switch(state^aftercross ){      case 12:        printf("把狼带过河/n");        break;      case 10:        printf("把菜带过河/n");        break;      case 9:        printf("把羊带过河/n");        break;      default:        printf("什么也不带/n");        break;      }    }  }  else{    printf("No solution for this problem./n");  }}int main(void){  river_crossing_problem();  system("pause");  return 0;}