辽宁大学-人工智能-八皇后实验作业
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发布于:2021-7-2
最后更新: 2023-11-16
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逻辑推理 - 八皇后问题1. 实验介绍

1.1 实验背景

逻辑编程是一种编程典范，它设置答案须匹配的规则来解决问题，而非设置步骤来解决问题。过程是“事实+规则=结果”。
人工智能的发展与逻辑编程的发展是一个相辅相成的过程，早期的人工智能以规则和逻辑推理作为主要研究方向，这在逻辑编程的发展中发挥了重要的影响，另外更好更快的逻辑编程也推动了人工智能的发展，例如专家系统、知识图谱和自动定理证明。
Python 是一种解释型、面向对象、动态数据类型的高级程序设计语言。
在数据驱动学习时代，Python 的崛起已经是一个不争的事实，并且成为人工智能算法的第一语言。
在本次实验中，我们学习将 Python 应用于逻辑编程，并尝试自主撰写逻辑规则解决斑马问题以及八皇后问题。

1.2 实验内容

八皇后问题： 如何能在 8*8 的国际象棋棋盘上放置八个皇后，使得任何一个皇后都无法直接吃掉其他的皇后？为了到达此目的，任两个皇后都不能处于同一条横行、纵行或斜线上。
参考资料：八皇后问题-百度百科

1.3 实验要求

  • 基本掌握逻辑编程的思想，了解逻辑编程与命令式编程的区别
  • 能够依据给定的事实以及规则编写代码，解决逻辑约束问题（CLP）
  • 使用 Python 语言

1.4 注意事项

  • Python 与 Python Package 的使用方式，可在右侧 API文档 中查阅。
  • 当右上角的『Python 3』长时间指示为运行中的时候，造成代码无法执行时，可以重新启动 Kernel 解决（左上角『Kernel』-『Restart Kernel』）。

1.5 作业提交

  • 在左侧 提交作业 的标签中，把整个 Game 转化为 main.py 文件进行系统测试。
  • 能通过测试就可以提交作业。
请在指定区域内完成作答(可自由定义需要的函数)，Game Cell模块通过get_results函数进行输出，输出格式要求如下：
  1. 以序列格式存储结果输出，例如 [0,6,4,7,1,3,5,2] 指代在第 0-7 行依次在指定列落子；
  1. 给出尽可能多的求解，按解的数量按百分比给分，给出全部解此题满分
  1. 通过 self.solves.append([0,6,4,7,1,3,5,2]) 添加求解结果
  1. 最后结果以解的 list 格式输出

2. 实验内容

2.1 棋盘类

Chessboard 类来自当前目录下的文件 board.py，主要功能:
  1. 八皇后棋盘绘制
  1. 胜负条件判定
  1. 合法落子点判定
  1. 玩家互动接口
import numpy as np           # 提供维度数组与矩阵运算
import copy                  # 从copy模块导入深度拷贝方法
from board import Chessboard

2.2 棋盘展示

2.2.1 棋盘类的初始化

# 初始化8*8八皇后棋盘
chessboard = Chessboard()
  0 1 2 3 4 5 6 7
0 - - - - - - - -
1 - - - - - - - -
2 - - - - - - - -
3 - - - - - - - -
4 - - - - - - - -
5 - - - - - - - -
6 - - - - - - - -
7 - - - - - - - -
# 在棋盘上的坐标点（4，4）落子
chessboard.setQueen(4,4)
0 1 2 3 4 5 6 7 0 x - - - x - - - 1 - x - - x - - x 2 - - x - x - x - 3 - - - x x x - - 4 x x x x o x x x 5 - - - x x x - - 6 - - x - x - x - 7 - x - - x - - x
Out[3]:
True

2.2.3 胜利条件

# 方法一，逐子落子
# 选择False不打印中间过程棋盘
# 完成八皇后落子
# 终局胜负条件判定及输出
chessboard.boardInit(False)
chessboard.setQueen(0,0,False)
chessboard.setQueen(1,6,False)
chessboard.setQueen(2,4,False)
chessboard.setQueen(3,7,False)
chessboard.setQueen(4,1,False)
chessboard.setQueen(5,3,False)
chessboard.setQueen(6,5,False)
chessboard.setQueen(7,2,False)
chessboard.printChessboard(False)
print("Win?    ----    ",chessboard.isWin())
  0 1 2 3 4 5 6 7
0 o - - - - - - -
1 - - - - - - o -
2 - - - - o - - -
3 - - - - - - - o
4 - o - - - - - -
5 - - - o - - - -
6 - - - - - o - -
7 - - o - - - - -
Win?    ----     True
# 方法二，序列落子
# 选择False不打印中间过程棋盘
# 完成八皇后落子
# 终局胜负条件判定及输出
chessboard.boardInit(False)
Queen_setRow = [0,6,4,7,1,3,5,2]
for i,item in enumerate(Queen_setRow):
    chessboard.setQueen(i,item,False)
chessboard.printChessboard(False)
print("Win?    ----    ",chessboard.isWin())
0 1 2 3 4 5 6 7 0 o - - - - - - - 1 - - - - - - o - 2 - - - - o - - - 3 - - - - - - - o 4 - o - - - - - - 5 - - - o - - - - 6 - - - - - o - - 7 - - o - - - - - Win? ---- True

2.2.4 玩家试玩

# 开放接口
# 让玩家自行体验八皇后游戏
chessboard = Chessboard()
chessboard.play()
0 1 2 3 4 5 6 7 0 - - - - - - - - 1 - - - - - - - - 2 - - - - - - - - 3 - - - - - - - - 4 - - - - - - - - 5 - - - - - - - - 6 - - - - - - - - 7 - - - - - - - -

2.3 八皇后搜索-游戏类

  • 完成 Game Cell 后，在左侧 提交作业 的标签中，把整个 Game Cell 转化为 main.py 文件进行系统测试
  • 能通过测试就可以提交作业。
请在指定区域内完成作答(可自由定义需要的函数)，Game Cell 模块通过 get_results 函数进行输出，输出格式要求如下：
  1. 以序列格式存储结果输出，例如 [0,6,4,7,1,3,5,2] 指代在第 0-7 行依次在指定列落子；
  1. 给出尽可能多的求解，按解的数量按百分比给分，给出全部解此题满分
  1. 通过 self.solves.append([0,6,4,7,1,3,5,2]) 添加求解结果
  1. 最后结果以解的list格式输出
import numpy as np           # 提供维度数组与矩阵运算
import copy                  # 从copy模块导入深度拷贝方法
from board import Chessboard

# 基于棋盘类，设计搜索策略
class Game:
    def __init__(self, show = True):
        """
        初始化游戏状态.
        """
        
        self.chessBoard = Chessboard(show)
        self.solves = []
        self.gameInit()
        
    # 重置游戏
    def gameInit(self, show = True):
        """
        重置棋盘.
        """
        
        self.Queen_setRow = [-1] * 8
        self.chessBoard.boardInit(False)
        
    def check(self, position, row, column):
        # row: current row
        for i in range(row):
            if position[i] == column or position[i] - i == column - row or position[i] + i == column + row:
                return False
        return True
    
    def putQueen(self, position, row):
        if(row==8):
            self.solves.append(copy.deepcopy(position))
        else:
            for column in range(8):
                if self.check(position, row, column):
                    position[row]=column
                    self.putQueen(position, row+1)
    
    def run(self, row=0):
        # self.solves.append([0,6,4,7,1,3,5,2])
        position=[-1] * 8
        self.putQueen(position, 0)
        
    
    def showResults(self, result):
        """
        结果展示.
        """
        
        self.chessBoard.boardInit(False)
        for i,item in enumerate(result):
            if item >= 0:
                self.chessBoard.setQueen(i,item,False)
        
        self.chessBoard.printChessboard(False)
    
    def get_results(self):
        """
        输出结果(请勿修改此函数).
        return: 八皇后的序列解的list.
        """
        
        self.run()
        return self.solves
2.4 八皇后搜索
game = Game()
solutions = game.get_results()
print('There are {} results.'.format(len(solutions)))
game.showResults(solutions[0])
  0 1 2 3 4 5 6 7
0 - - - - - - - -
1 - - - - - - - -
2 - - - - - - - -
3 - - - - - - - -
4 - - - - - - - -
5 - - - - - - - -
6 - - - - - - - -
7 - - - - - - - -
There are 92 results.
  0 1 2 3 4 5 6 7
0 o - - - - - - -
1 - - - - o - - -
2 - - - - - - - o
3 - - - - - o - -
4 - - o - - - - -
5 - - - - - - o -
6 - o - - - - - -
7 - - - o - - - -
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