python/TangDou/AcWing/BFS/AStar/179_TwoWaySearch_WithPath.cpp

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;

const int N = 5;

//　当前串，哪个操作，前序串
typedef unordered_map<string, pair<char, string>> MSP;
//  字符串，步数
typedef unordered_map<string, int> MSI;

//操作符，上下左右
char op[] = {'u', 'd', 'l', 'r'};
int dx[] = {-1, 1, 0, 0};
int dy[] = {0, 0, -1, 1};

//记录前驱路径
MSP aPre, bPre;
//记录距离
MSI da, db;

string mid;           //两个队列互相查看着搜索，当在对方HASH表中命中时，最终的那个两边都有的中间状态是什么样的字符串
queue<string> qa, qb; //两个队列，分别用于存放从起点走出来的字符串和从终点走出来的字符串

int extend(queue<string> &q, MSI &da, MSI &db, MSP &aPre, MSP &bPre) { // bPre在下面代码中未用到，但为了保持对称性，保留了这个参数
    string t = q.front();
    q.pop();

    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        int k = t.find('x');        //在字符串t中查找x的索引位置
        int tx = k / 3, ty = k % 3; //映射的二维数组中的行与列

        int x = tx + dx[i], y = ty + dy[i];               //目标位置
        if (x < 0 || x >= 3 || y < 0 || y >= 3) continue; //出界
        string u = t;
        swap(u[x * 3 + y], u[k]); // x与目标位置交换一下

        if (da[u]) continue;  //如果搜索过
        aPre[u] = {op[i], t}; //没有搜索过时，一定要马上记录它的前驱！！！不能因为它还没有进入队列就不先记录！！！
        // 原因：因为两段式搜索，最终要输出完整的路径，否则就会出现中间缺一条线的情况，比如　○→○→○ ←(这是这个箭头) ○←○←○，

        if (db[u]) {                  //如果对方已经搜到了
            mid = u;                  //将中间态保存到全局变量中，方便以后的操作
            return da[u] + db[u] - 1; //返回中间点距离起点、终点距离和-1
        }

        da[u] = da[t] + 1; //距离增加1
        q.push(u);
    }
    return -1; //如果本次扩展没有找到连接前后的字符串，那就返回-1表示还需要继续找
}

//出发状态，目标状态
string st, ed = "12345678x";

void bfs() {
    qa.push(st);
    da[st] = 0;

    qb.push(ed);
    db[ed] = 0;

    while (qa.size() && qb.size()) {
        int t;
        if (qa.size() <= qb.size())       //这里面是一个双向bfs的优化策略，两个队列谁小就谁使劲跑
            t = extend(qa, da, db, aPre, bPre); //从a中取状态进行扩展
        else
            t = extend(qb, db, da, bPre, aPre);
        if (t > 0) break;
    }
}

int main() {
    //加快读入
    cin.tie(0), ios::sync_with_stdio(false);

    char c;
    for (int i = 1; i <= 9; i++) cin >> c, st += c;

    //八数码定理:检查逆序对数量
    int nums = 0;
    for (int i = 0; i < 9; i++) {
        if (st[i] == 'x') continue; //保证不是x
        for (int j = i + 1; j < 9; j++) {
            if (st[j] == 'x') continue; //保证不是x
            if (st[j] < st[i]) nums++;  //逆序数
        }
    }
    //如果逆序对数量是奇数个，则输出-1
    if (nums & 1)
        puts("unsolvable");
    else {
        //双向宽搜
        bfs();

        //输出路径
        string res;
        string t = mid;
        while (t != st) {
            res += aPre[t].first;
            t = aPre[t].second;
        }
        reverse(res.begin(), res.end());

        t = mid;
        while (t != ed) {
            char cmd = bPre[t].first;
            if (cmd == 'u' || cmd == 'd') cmd = 'u' + 'd' - cmd;
            if (cmd == 'l' || cmd == 'r') cmd = 'l' + 'r' - cmd;
            res += cmd;
            t = bPre[t].second;
        }
        //输出
        cout << res << endl;
    }
    return 0;
}