自动状态机实现经典过河问题

一、实验题目

        使用有限自动机编程解决如下问题：有一个人带着狼、羊和草来到河的左岸。左岸只有一条无人摆渡的船，这个人要从左岸过河到右岸。可是这条船最多只能装一个人和其他三者之一，否则便会沉没。如果没有人看管，狼会吃掉羊，或者羊吃掉草。问如何过河才能保证羊和草的安全?

二、题目分析

     W 代表狼， G 代表草， S 代表羊， M 代表人。初始状态 ”WSGM_” ，结束状态 ”_WSGM” 。人单独过河用字符 m 表示，人带狼过河用字符 w 表示，人带羊过河用字符 s 表示， 人带草过河用字符 g 表示。

 

三、程序代码

1、源文件head.h内容

 #include
#include
#include

using namespace std;

class State;
class List{
     List *next;
     char input;
     State *output;
     List(char in,State *out);
     ~List();
     friend class State;
 };

class State{
     char *name;
     List *list;
     static State *error;
public:
     void enList(char in,State *out);
     const State *next(char in)const;
     const State *start(char *)const;
     State(char *name);
     ~State();
 };

 

     if(name==0){ error=this; return; }
     State::name=new char[strlen(name)+1];
     strcpy(State::name, name);
 }

void State::enList(char in, State *out){ //插入list
     List *temp;
     if(list==0){
         list=new List(in, out);
         return;
     }
     temp=new List(in, out);
     temp->next = list;
     list=temp;
 }

const State *State::next(char in)const{ //输入in 转移到下一个状态
     List *temp=list;
     if(this==error) return error;
     while(temp)
         if(temp->input==in) return temp->output;
         else temp=temp->next;
     return error;
 }

const State *State::start(char *s)const{ //启动有限自动机
     const State *temp = this;
     while(*s) temp=temp->next(*s++);
     return temp;
 }

 State::~State( ){
     if(name) { delete name; name=0; }
     if(list) {delete list; list=0; }
 }

 

3、源文件List.cpp内容

 #include"head.h"
 List::List(char in, State *out){
     input=in;
     output=out;
     next=0;
 }
 List::~List( ){
     if(this->next){ delete this->next;}
 }

 4、源文件lab1.cpp内容

 #include"head.h"
int main( ){
     State start("WSGM_");
     State stop("_WSGM");
     State error(0);
     State WG_SM("WG_SM");
     State WGM_S("WGM_S");
     State G_WSM("G_WSM");
     State SGM_W("SGM_W");
     State W_SGM("W_SGM");
     State WSM_G("WSM_G");
     State S_WGM("S_WGM");
     State SM_WG("SM_WG");
     start.enList('S', &WG_SM);
     WG_SM.enList('S', &start);
     WG_SM.enList('M', &WGM_S);
     WGM_S.enList('M', &WG_SM);
     WGM_S.enList('W', &G_WSM);
     WGM_S.enList('G', &W_SGM);
     G_WSM.enList('W', &WGM_S);
     W_SGM.enList('G', &WGM_S);
     G_WSM.enList('S', &SGM_W);
     SGM_W.enList('S', &G_WSM);
     SGM_W.enList('G', &S_WGM);
     S_WGM.enList('G', &SGM_W);
     W_SGM.enList('S', &WSM_G);
     WSM_G.enList('S', &W_SGM);
     WSM_G.enList('W', &S_WGM);
     S_WGM.enList('W', &WSM_G);
     S_WGM.enList('M', &SM_WG);
     SM_WG.enList('M', &S_WGM);
     SM_WG.enList('S', &stop);
     stop.enList('S', &SM_WG);
     if(start.start("SMWSGMSSS")==&stop) cout<<"过河成功！\n";
     else cout<<"过河失败！\n";
     getchar();
     return 1;
  }

四、实验结果

 #include"head.h"
// 用M 表示人 用W 表示野人 B代表船
// 初始状态为"BMMMYYY_" 终止状态为 "_BMMMYYY"
//过河动作可以有五种：人单独过河s 两个人过河d 野人单独过河w 两个野人过河t人带着野人过河b
int main( ){
     char m[80];
     State error(0);
     State start("start");//BMMMYYY_
     State MMMY_BYY("MMMY_BYY");//1
     State MMYY_BMY("MMYY_BMY");//2
     State BMMMYY_Y("BMMMYY_Y");//3
     State MMM_BYYY("MMM_BYYY");//4
     State BMMMY_YY("BMMMY_YY");//5
     State MY_BMMYY("MY_BMMYY");//6
     State BMMYY_MY("BMMYY_MY");//7
     State YY_BMMMY("YY_BMMMY");//8
     State BYYY_MMM("BYYY_MMM");//9
     State Y_BMMMYY("Y_BMMMYY");//10
     State BMY_MMYY("BMY_MMYY");//11
     State BYY_MMMY("BYY_MMMY");//12
     State stop("stop");//_BMMMYYY

     start.enList('t',&MMMY_BYY);
     start.enList('b',&MMYY_BMY);

     MMMY_BYY.enList('t',&start);
     MMMY_BYY.enList('w',&BMMMYY_Y);

     MMYY_BMY.enList('b',&start);
     MMYY_BMY.enList('s',&BMMMYY_Y);

     BMMMYY_Y.enList('w',&MMMY_BYY);
     BMMMYY_Y.enList('s',&MMYY_BMY);
     BMMMYY_Y.enList('t',&MMM_BYYY);

     MMM_BYYY.enList('t',&BMMMYY_Y);
     MMM_BYYY.enList('w',&BMMMY_YY);

     BMMMY_YY.enList('w',&MMM_BYYY);
     BMMMY_YY.enList('d',&MY_BMMYY);

     MY_BMMYY.enList('d',&BMMMY_YY);
     MY_BMMYY.enList('b',&BMMYY_MY);

     BMMYY_MY.enList('b',&MY_BMMYY);
     BMMYY_MY.enList('d',&YY_BMMMY);

     YY_BMMMY.enList('d',&BMMYY_MY);
     YY_BMMMY.enList('w',&BYYY_MMM);

     BYYY_MMM.enList('w',&YY_BMMMY);
     BYYY_MMM.enList('t',&Y_BMMMYY);

     Y_BMMMYY.enList('t',&BYYY_MMM);
     Y_BMMMYY.enList('s',&BMY_MMYY);
     Y_BMMMYY.enList('w',&BYY_MMMY);
     BMY_MMYY.enList('s',&Y_BMMMYY);
     BMY_MMYY.enList('b',&stop);

     BYY_MMMY.enList('w',&Y_BMMMYY);
     BYY_MMMY.enList('t',&stop);

     cout<<"人单独过河s 两个人过河d 野人单独过河w 两个野人过河t人带着野人过河b\n";
     cout<<"请输入:\n";
     cin>>m;
     getchar();
     if(start.start(m)==&stop) cout<<"过河成功！\n";
     else cout<<"过河失败！\n";
     getchar();
     return 1;
 }

四、实验结果

 

实验二

 

 

一、实验题目

       有限自动机也可以解决三个修道士与三个野人的过河问题。假定船最多只能载两个修道士或者野人，野人服从修道士的指挥。 无论何时， 只要野人多于修道士， 野人就会吃掉修道士。 以有限自动机为基础， 编程解决三个修道士与三个野人的过河的问题。

二、问题分析

       用M 表示人， 用W 表示野人，初始状态为"BMMMYYY_"，结束状态” _BMMMYYY”。 过河动作可以有五种：人单独过河S， 两个人过河D， 野人单独过河W， 两个野人过河T， 人带着野人过河B。

 

 

 

 

三、程序代码

源文件lab2.cpp内容

 #include"head.h"
// 用M 表示人 用W 表示野人 B代表船
// 初始状态为"BMMMYYY_" 终止状态为 "_BMMMYYY"
//过河动作可以有五种：人单独过河s 两个人过河d 野人单独过河w 两个野人过河t人带着野人过河b
int main_10( ){
     char m[80];
     State error(0);
     State start("start");//BMMMYYY_
     State MMMY_BYY("MMMY_BYY");//1
     State MMYY_BMY("MMYY_BMY");//2
     State BMMMYY_Y("BMMMYY_Y");//3
     State MMM_BYYY("MMM_BYYY");//4
     State BMMMY_YY("BMMMY_YY");//5
     State MY_BMMYY("MY_BMMYY");//6
     State BMMYY_MY("BMMYY_MY");//7
     State YY_BMMMY("YY_BMMMY");//8
     State BYYY_MMM("BYYY_MMM");//9
     State Y_BMMMYY("Y_BMMMYY");//10
     State BMY_MMYY("BMY_MMYY");//11
     State BYY_MMMY("BYY_MMMY");//12
     State stop("stop");//_BMMMYYY

     start.enList('t',&MMMY_BYY);
     start.enList('b',&MMYY_BMY);

     MMMY_BYY.enList('t',&start);
     MMMY_BYY.enList('w',&BMMMYY_Y);

     MMYY_BMY.enList('b',&start);
     MMYY_BMY.enList('s',&BMMMYY_Y);

     BMMMYY_Y.enList('w',&MMMY_BYY);
     BMMMYY_Y.enList('s',&MMYY_BMY);
     BMMMYY_Y.enList('t',&MMM_BYYY);

     MMM_BYYY.enList('t',&BMMMYY_Y);
     MMM_BYYY.enList('w',&BMMMY_YY);

     BMMMY_YY.enList('w',&MMM_BYYY);
     BMMMY_YY.enList('d',&MY_BMMYY);

     MY_BMMYY.enList('d',&BMMMY_YY);
     MY_BMMYY.enList('b',&BMMYY_MY);

     BMMYY_MY.enList('b',&MY_BMMYY);
     BMMYY_MY.enList('d',&YY_BMMMY);

     YY_BMMMY.enList('d',&BMMYY_MY);
     YY_BMMMY.enList('w',&BYYY_MMM);

     BYYY_MMM.enList('w',&YY_BMMMY);
     BYYY_MMM.enList('t',&Y_BMMMYY);

     Y_BMMMYY.enList('t',&BYYY_MMM);
     Y_BMMMYY.enList('s',&BMY_MMYY);
     Y_BMMMYY.enList('w',&BYY_MMMY);

     BMY_MMYY.enList('s',&Y_BMMMYY);
     BMY_MMYY.enList('b',&stop);

     BYY_MMMY.enList('w',&Y_BMMMYY);
     BYY_MMMY.enList('t',&stop);

     cout<<"人单独过河s 两个人过河d 野人单独过河w 两个野人过河t人带着野人过河b\n";
     cout<<"请输入:\n";
     cin>>m;
     getchar();
     if(start.start(m)==&stop) cout<<"过河成功！\n";
     else cout<<"过河失败！\n";

//  if(start.start("twtwdbdwtwt")==&stop) cout<<"ok\n";
//  else cout<<"error\n";
//
//  if(start.start("bstwdbdwtsb")==&stop) cout<<"ok\n";
//  else cout<<"error\n";

     getchar();
     return 1;
}