I1M2019: El patrón de búsqueda por primero el mejor en Haskell
En la clase de hoy de del curso Informática de 1º del Grado en Matemáticas hemos estudiado la técnica de resolución de problemas mediante búsqueda informada en espacios de estados.
En primer lugar se estudiaron los algoritmos búsqueda con información (coste, heurística y A*). A continuación se estudió cómo adaptar el patrón de búsqueda ciega a búsqueda informada usando las colas de prioridad. Finalmente, se aplicó el patrón de búsqueda por primero el mejor a la resolución del problema del 8 puzzle.
La clase se ha dado mediante videoconferencia los correspondientes vídeos son
- Algoritmos de búsqueda informada en espacios de estados
- El patrón de búsqueda por primero el mejor en Haskell
Los apuntes correspondientes a la clase es la sección 3 del tema 23
Una versión interactiva de los apuntes en IHaskell se encuentra aquí.
El código de la primera solución del problema del 8 puzzle usado en la clase es
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 |
import I1M.BusquedaPrimeroElMejor import Data.List import Data.Matrix -- Representación del problema: -- ============================ -- Una posición es un par de enteros. type Posicion = (Int,Int) -- Un tablero es un una matriz type Tablero = Matrix Int -- inicial1 e inicial2 son ejemplos de estados iniciales del 8 puzzle. -- +---+---+---+ +---+---+---+ -- | 2 | 6 | 3 | | 2 | 8 | 3 | -- +---+---+---+ +---+---+---+ -- | 5 | | 4 | | 1 | 6 | 4 | -- +---+---+---+ +---+---+---+ -- | 1 | 7 | 8 | | 7 | | 5 | -- +---+---+---+ +---+---+---+ inicial1, inicial2 :: Tablero inicial1 = fromLists [[2,6,3],[5,0,4],[1,7,8]] inicial2 = fromLists [[2,8,3],[1,6,4],[7,0,5]] -- final es el estado final del 8 puzzle. En el ejemplo es -- +---+---+---+ -- | 1 | 2 | 3 | -- +---+---+---+ -- | 8 | | 4 | -- +---+---+---+ -- | 7 | 6 | 5 | -- +---+---+---+ final :: Tablero final = fromLists [[1,2,3],[8,0,4],[7,6,5]] -- (posicion t x) es la posición de x en el tablero t. Por ejemplo, -- posicion inicial1 0 == (2,2) -- posicion inicial1 7 == (3,2) posicion :: Tablero -> Int -> Posicion posicion t x = head [(i,j) | i <- [1..3], j <- [1..3], t ! (i,j) == x] -- (intercambia t p1 p2) es el tablero obtenido intercambiando los -- elementos que se encuentran en las posiciones p1 y p2. Por ejemplo, -- λ> inicial1 -- ┌ ┐ -- │ 2 6 3 │ -- │ 5 0 4 │ -- │ 1 7 8 │ -- └ ┘ -- λ> intercambia inicial1 (2,2) (2,3) -- ┌ ┐ -- │ 2 6 3 │ -- │ 5 4 0 │ -- │ 1 7 8 │ -- └ ┘ intercambia :: Tablero -> Posicion -> Posicion -> Tablero intercambia t p1 p2 = matrix 3 3 f where f p | p == p1 = t ! p2 | p == p2 = t ! p1 | otherwise = t ! p -- (todosMovimientos t) es la lista de los tableros obtenidos -- aplicándole al tablero t todos los posibles movimientos; es decir, -- intercambiando la posición del hueco con sus adyacentes. Por ejemplo, -- λ> inicial1 -- ┌ ┐ -- │ 2 6 3 │ -- │ 5 0 4 │ -- │ 1 7 8 │ -- └ ┘ -- λ> mapM_ print (todosMovimientos inicial1) -- ┌ ┐ -- │ 2 6 3 │ -- │ 0 5 4 │ -- │ 1 7 8 │ -- └ ┘ -- ┌ ┐ -- │ 2 0 3 │ -- │ 5 6 4 │ -- │ 1 7 8 │ -- └ ┘ -- ┌ ┐ -- │ 2 6 3 │ -- │ 5 4 0 │ -- │ 1 7 8 │ -- └ ┘ -- ┌ ┐ -- │ 2 6 3 │ -- │ 5 7 4 │ -- │ 1 0 8 │ -- └ ┘ -- λ> mapM_ print (todosMovimientos (fromLists [[0,6,3],[2,5,4],[1,7,8]])) -- ┌ ┐ -- │ 6 0 3 │ -- │ 2 5 4 │ -- │ 1 7 8 │ -- └ ┘ -- ┌ ┐ -- │ 2 6 3 │ -- │ 0 5 4 │ -- │ 1 7 8 │ -- └ ┘ todosMovimientos :: Tablero -> [Tablero] todosMovimientos t = [intercambia t (i,j) (i,j-1) | j > 1] ++ -- Izquierda [intercambia t (i,j) (i-1,j) | i > 1] ++ -- Arriba [intercambia t (i,j) (i,j+1) | j < 3] ++ -- Derecha [intercambia t (i,j) (i+1,j) | i < 3] -- Abajo where (i,j) = posicion t 0 -- Los nodos del espacio de estados son listas de tableros [t_n,...,t_1] -- tal que t_i es un sucesor de t_(i-1). newtype Nodo = Est [Tablero] deriving (Show, Eq) -- (sucesores e) es la lista de sucesores del estado e. Por ejemplo, -- λ> sucesores (Est [inicial1]) -- [Est [┌ ┐ ┌ ┐ -- │ 2 6 3 │ │ 2 6 3 │ -- │ 0 5 4 │ │ 5 0 4 │ -- │ 1 7 8 │ │ 1 7 8 │ -- └ ┘,└ ┘ ], -- Est [┌ ┐ ┌ ┐ -- │ 2 0 3 │ │ 2 6 3 │ -- │ 5 6 4 │ │ 5 0 4 │ -- │ 1 7 8 │ │ 1 7 8 │ -- └ ┘,└ ┘], -- Est [┌ ┐ ┌ ┐ -- │ 2 6 3 │ │ 2 6 3 │ -- │ 5 4 0 │ │ 5 0 4 │ -- │ 1 7 8 │ │ 1 7 8 │ -- └ ┘,└ ┘], -- Est [┌ ┐ ┌ ┐ -- │ 2 6 3 │ │ 2 6 3 │ -- │ 5 7 4 │ │ 5 0 4 │ -- │ 1 0 8 │ │ 1 7 8 │ -- └ ┘,└ ┘]] -- λ> sucesores (head it) -- [Est [┌ ┐ ┌ ┐ ┌ ┐ -- │ 0 6 3 │ │ 2 6 3 │ │ 2 6 3 │ -- │ 2 5 4 │ │ 0 5 4 │ │ 5 0 4 │ -- │ 1 7 8 │ │ 1 7 8 │ │ 1 7 8 │ -- └ ┘,└ ┘,└ ┘], -- Est [┌ ┐ ┌ ┐ ┌ ┐ -- │ 2 6 3 │ │ 2 6 3 │ │ 2 6 3 │ -- │ 1 5 4 │ │ 0 5 4 │ │ 5 0 4 │ -- │ 0 7 8 │ │ 1 7 8 │ │ 1 7 8 │ -- └ ┘,└ ┘,└ ┘]] sucesores :: Nodo -> [Nodo] sucesores (Est (n@(t:ts))) = [Est (t':n) | t' <- todosMovimientos t, t' `notElem` n] -- (esFinal n) se verifica si n es un nodo final. esFinal :: Nodo -> Bool esFinal (Est (t:_)) = t == final -- (heuristica t) es la suma de la distancia Manhatan desde la posición de -- cada objeto del tablero a su posición en el estado final. Por -- ejemplo, -- heuristica inicial1 == 12 -- heuristica inicial2 == 6 heuristica :: Tablero -> Int heuristica t = sum [distancia (posicion t x) (posicion final x) | x <- [0..8]] -- (distancia p1 p2) es la distancia Manhatan entre las posiciones p1 y -- p2. Por ejemplo, -- distancia (2,7) (4,1) == 8 distancia :: Posicion -> Posicion -> Int distancia (x1,y1) (x2,y2) = abs (x1-x2) + abs (y1-y2) -- Un nodo n1 es menor o igual n2 la heurística del estado actual de n1 -- es menor o igual que la del estado actual de n2. instance Ord Nodo where Est (t1:_) <= Est (t2:_) = heuristica t1 <= heuristica t2 -- (soluciones i) es la lista de las soluciones del 8 puzzle por búsqueda -- primero el mejor a partir del estado inicial i. Por ejemplo, -- λ> mapM_ print (head (soluciones inicial2)) -- ┌ ┐ -- │ 2 8 3 │ -- │ 1 6 4 │ -- │ 7 0 5 │ -- └ ┘ -- ┌ ┐ -- │ 2 8 3 │ -- │ 1 0 4 │ -- │ 7 6 5 │ -- └ ┘ -- ┌ ┐ -- │ 2 0 3 │ -- │ 1 8 4 │ -- │ 7 6 5 │ -- └ ┘ -- ┌ ┐ -- │ 0 2 3 │ -- │ 1 8 4 │ -- │ 7 6 5 │ -- └ ┘ -- ┌ ┐ -- │ 1 2 3 │ -- │ 0 8 4 │ -- │ 7 6 5 │ -- └ ┘ -- ┌ ┐ -- │ 1 2 3 │ -- │ 8 0 4 │ -- │ 7 6 5 │ -- └ ┘ soluciones :: Tablero -> [[Tablero]] soluciones inicial = [reverse ts | (Est ts) <- buscaPM sucesores esFinal (Est [inicial])] |