CS 188 (3) Breadth First Search BFS(广度优先搜索算法)
本文要实现 Breadth First Search BFS(广度优先搜索算法) ,首先搜索搜索树中最浅的节点,广度搜索算法搜索到达目标。
Queue是一个先进先出（FIFO）队列策略的容器，Queue是一个类，使用列表List初始化,入站在列表List中头部插入一个元素，出栈使用pop实现，将仍在队列中的最早进入队列的项目出列，这个操作从队列中删除该项。从列表的长度为0判断栈是否为空。
class Queue:
"A container with a first-in-first-out (FIFO) queuing policy."
def __init__(self):
self.list = []
def push(self,item):
"Enqueue the 'item' into the queue"
self.list.insert(0,item)
def pop(self):
"""
Dequeue the earliest enqueued item still in the queue. This
operation removes the item from the queue.
"""
return self.list.pop()
def isEmpty(self):
"Returns true if the queue is empty"
return len(self.list) == 0
广度优先算法BFS代码：
# search.py
# ---------
# Licensing Information: You are free to use or extend these projects for
# educational purposes provided that (1) you do not distribute or publish
# solutions, (2) you retain this notice, and (3) you provide clear
# attribution to UC Berkeley, including a link to http://ai.berkeley.edu.
#
# Attribution Information: The Pacman AI projects were developed at UC Berkeley.
# The core projects and autograders were primarily created by John DeNero
# ([email protected]) and Dan Klein ([email protected]).
# Student side autograding was added by Brad Miller, Nick Hay, and
# Pieter Abbeel ([email protected]).
def breadthFirstSearch(problem):
"""Search the shallowest nodes in the search tree first."""
"*** YOUR CODE HERE ***"
#util.raiseNotDefined()
path =Path([problem.getStartState()],[],0)
if problem.isGoalState(problem.getStartState()):
return path.directions
#新建一个队列,起始状态入队列
queue =util.Queue()
queue.push(path)
#取得初始状态列表
visited =[problem.getStartState()]
while not queue.isEmpty():
#如队列不为空，取最先进入队列的元素（List的最后一个元素），获取当前路径
currentPath = queue.pop()
currentLocation = currentPath.locations[-1]
#如果当前位置已经是终点的位置，则返回当前路径的方向列表，用于移动pac man。
if problem.isGoalState(currentLocation):
return currentPath.directions
else:
#在搜索问题中取得当前位置后继的下一个状态.getSuccessors中for循环遍历北、南、东、西四个方向，
#directionToVector取得方向到坐标偏移向量的转换值，在当前坐标上加上位移的坐标偏移量值，
#如果下一步坐标移动的点不是围墙，则在后续状态列表中加入三元组( nextState, action, cost)
nextSteps = problem.getSuccessors(currentLocation)
for nextStep in nextSteps:
#遍历下一步的状态，依次获得位置、方向、成本信息
nextLocation =nextStep[0]
nextDirection = nextStep[1]
nextCost = nextStep[2]
# 不在当前路径里面而且下一个位置还没被访问（多条路径交叉点）
if (nextLocation not in currentPath.locations) and (nextLocation not in visited):
if not problem.isGoalState(nextLocation):
visited.append(nextLocation)
print("访问的位置：", visited)
#获取当前路径列表集
nextLocations =currentPath.locations[:]
#将新的位置加入到当前路径的列表里面
nextLocations.append(nextLocation)
print("当前位置：",currentLocation)
print("当前位置下一步可能的移动位置：",nextLocation)
print("加到当前位置列表集：",nextLocations)
print()
print()
#print(currentLocation,nextLocation,nextLocations)
#获取当前的方向集
nextDirections = currentPath.directions[:]
#将新的方向加入到当前方向集的列表里面
nextDirections.append(nextDirection)
nextCosts = currentPath.cost +nextCost
nextPath =Path(nextLocations,nextDirections,nextCosts)
#下一步的状态，入队列
queue.push(nextPath)
#队列为空，仍未到达终点，返回空集
return []
案例使用tinyMaze布局，从搜索问题problem的walls属性信息中可以获取迷宫墙的数字信息，如下图所示，要从（5，5）点到达（1，1）点，和深度优先算法不同，深度优先算法采样堆栈沿着一条路径深入遍历，然后遍历另一条路径；广度优先算法采用队列先进先出，层层遍历两条路径：
pac man移动北、南、东、西移动与x，y的坐标变换关系：
广度优先搜索算法的遍历如下：
[SearchAgent] using function breadthFirstSearch
[SearchAgent] using problem type PositionSearchProblem
访问的位置： [(5, 5), (5, 4)]
当前位置： (5, 5)
当前位置下一步可能的移动位置： (5, 4)
加到当前位置列表集： [(5, 5), (5, 4)]
访问的位置： [(5, 5), (5, 4), (4, 5)]
当前位置： (5, 5)
当前位置下一步可能的移动位置： (4, 5)
加到当前位置列表集： [(5, 5), (4, 5)]
访问的位置： [(5, 5), (5, 4), (4, 5), (5, 3)]
当前位置： (5, 4)
当前位置下一步可能的移动位置： (5, 3)
加到当前位置列表集： [(5, 5), (5, 4), (5, 3)]
访问的位置： [(5, 5), (5, 4), (4, 5), (5, 3), (3, 5)]
当前位置： (4, 5)
当前位置下一步可能的移动位置： (3, 5)
加到当前位置列表集： [(5, 5), (4, 5), (3, 5)]
访问的位置： [(5, 5), (5, 4), (4, 5), (5, 3), (3, 5), (4, 3)]
当前位置： (5, 3)
当前位置下一步可能的移动位置： (4, 3)
加到当前位置列表集： [(5, 5), (5, 4), (5, 3), (4, 3)]
访问的位置： [(5, 5), (5, 4), (4, 5), (5, 3), (3, 5), (4, 3), (2, 5)]
当前位置： (3, 5)
当前位置下一步可能的移动位置： (2, 5)
加到当前位置列表集： [(5, 5), (4, 5), (3, 5), (2, 5)]
访问的位置： [(5, 5), (5, 4), (4, 5), (5, 3), (3, 5), (4, 3), (2, 5), (4, 2)]
当前位置： (4, 3)
当前位置下一步可能的移动位置： (4, 2)
加到当前位置列表集： [(5, 5), (5, 4), (5, 3), (4, 3), (4, 2)]
访问的位置： [(5, 5), (5, 4), (4, 5), (5, 3), (3, 5), (4, 3), (2, 5), (4, 2), (1, 5)]
当前位置： (2, 5)
当前位置下一步可能的移动位置： (1, 5)
加到当前位置列表集： [(5, 5), (4, 5), (3, 5), (2, 5), (1, 5)]
访问的位置： [(5, 5), (5, 4), (4, 5), (5, 3), (3, 5), (4, 3), (2, 5), (4, 2), (1, 5), (3, 2)]
当前位置： (4, 2)
当前位置下一步可能的移动位置： (3, 2)
加到当前位置列表集： [(5, 5), (5, 4), (5, 3), (4, 3), (4, 2), (3, 2)]
访问的位置： [(5, 5), (5, 4), (4, 5), (5, 3), (3, 5), (4, 3), (2, 5), (4, 2), (1, 5), (3, 2), (1, 4)]
当前位置： (1, 5)
当前位置下一步可能的移动位置： (1, 4)
加到当前位置列表集： [(5, 5), (4, 5), (3, 5), (2, 5), (1, 5), (1, 4)]
访问的位置： [(5, 5), (5, 4), (4, 5), (5, 3), (3, 5), (4, 3), (2, 5), (4, 2), (1, 5), (3, 2), (1, 4), (2, 2)]
当前位置： (3, 2)
当前位置下一步可能的移动位置： (2, 2)
加到当前位置列表集： [(5, 5), (5, 4), (5, 3), (4, 3), (4, 2), (3, 2), (2, 2)]
访问的位置： [(5, 5), (5, 4), (4, 5), (5, 3), (3, 5), (4, 3), (2, 5), (4, 2), (1, 5), (3, 2), (1, 4), (2, 2), (1, 3)]
当前位置： (1, 4)
当前位置下一步可能的移动位置： (1, 3)
加到当前位置列表集： [(5, 5), (4, 5), (3, 5), (2, 5), (1, 5), (1, 4), (1, 3)]
访问的位置： [(5, 5), (5, 4), (4, 5), (5, 3), (3, 5), (4, 3), (2, 5), (4, 2), (1, 5), (3, 2), (1, 4), (2, 2), (1, 3), (2, 3)]
当前位置： (2, 2)
当前位置下一步可能的移动位置： (2, 3)
加到当前位置列表集： [(5, 5), (5, 4), (5, 3), (4, 3), (4, 2), (3, 2), (2, 2), (2, 3)]
访问的位置： [(5, 5), (5, 4), (4, 5), (5, 3), (3, 5), (4, 3), (2, 5), (4, 2), (1, 5), (3, 2), (1, 4), (2, 2), (1, 3), (2, 3), (2, 1)]
当前位置： (2, 2)
当前位置下一步可能的移动位置： (2, 1)
加到当前位置列表集： [(5, 5), (5, 4), (5, 3), (4, 3), (4, 2), (3, 2), (2, 2), (2, 1)]
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