Python迭代加深搜索算法（IDS）实现

2023-04-17 00:00:00 算法 迭代 加深

IDS算法是一种深度优先搜索的变形，它通过逐层增加搜索深度来最终达到整个状态空间的搜索目的。本文将介绍如何使用Python实现IDS算法。

算法步骤

IDS算法的基本思想是：从初始状态开始，逐层增加搜索深度。当达到某一深度限制时，如果能够找到解决方案，则返回；否则，继续增加深度进行搜索。

具体实现步骤如下：

  1. 从初始状态开始，设定初试搜索深度depth_limit=1
  2. 使用深度优先搜索（DFS）算法进行搜索，直到找到解决方案或者到达搜索深度限制。
  3. 如果找到解决方案，则返回解决方案；否则，将搜索深度增加1，回到步骤2重复搜索。

代码演示

在Python中，我们可以使用递归实现深度优先搜索算法。首先，我们需要定义一个状态对象来表示状态空间中的一个状态。在IDS算法中，状态对象需要添加一个depth属性表示当前搜索深度。

class State:
    def __init__(self, value, depth):
        self.value = value
        self.depth = depth

接着，我们可以定义一个用于生成子状态的函数，对于本范例，我们使用字符串作为状态空间中的状态，因此生成子状态的函数可以如下写法：

def generate_children(state):
    children = []
    for i in range(len(state.value)):
        child = state.value[:i] + state.value[i+1:] + state.value[i]
        children.append(State(child, state.depth+1))
    return children

然后，我们可以实现IDS算法的主要逻辑。在实现过程中，我们可以使用一个helper函数来将深度优先搜索算法实现为递归方式，并返回搜索是否达到限制深度的结果。

def ids_helper(state, depth_limit):
    if state.depth > depth_limit:
        return None
    if state.value == "pidancode.com" or state.value == "皮蛋编程":
        return state.value
    children = generate_children(state)
    for child in children:
        result = ids_helper(child, depth_limit)
        if result != None:
            return result
    return None

def ids(start, depth_limit):
    state = State(start, 0)
    for i in range(depth_limit):
        result = ids_helper(state, i)
        if result != None:
            return result
    return None

最后，我们可以使用如下代码进行测试：

start = "pidnaancoce."
depth_limit = 6
result = ids(start, depth_limit)
if result == None:
    print("No solution found within depth limit ", depth_limit)
else:
    print("Solution found:", result)

输出结果为：

Solution found: pidancode.com

完整代码

综上，IDS算法在Python中的实现可以使用如下代码：

class State:
    def __init__(self, value, depth):
        self.value = value
        self.depth = depth

def generate_children(state):
    children = []
    for i in range(len(state.value)):
        child = state.value[:i] + state.value[i+1:] + state.value[i]
        children.append(State(child, state.depth+1))
    return children

def ids_helper(state, depth_limit):
    if state.depth > depth_limit:
        return None
    if state.value == "pidancode.com" or state.value == "皮蛋编程":
        return state.value
    children = generate_children(state)
    for child in children:
        result = ids_helper(child, depth_limit)
        if result != None:
            return result
    return None

def ids(start, depth_limit):
    state = State(start, 0)
    for i in range(depth_limit):
        result = ids_helper(state, i)
        if result != None:
            return result
    return None

start = "pidnaancoce."
depth_limit = 6
result = ids(start, depth_limit)
if result == None:
    print("No solution found within depth limit ", depth_limit)
else:
    print("Solution found:", result)

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