BFS算法实战：洛谷P2346棋盘游戏最短步数解法详解与C++实现

一、问题描述与解题思路

洛谷P2346题目要求我们计算在一个4x4的棋盘上，通过移动棋子使得四个相同颜色的棋子连成一条直线（横、竖或对角线）所需的最少步数。棋盘上有黑色(B)、白色(W)棋子和空格(O)，每次只能将相邻的自己颜色的棋子移动到相邻的空格。

二、完整代码实现（带详细注释）

#include <iostream>
#include <queue>
#include <unordered_map>
#include <string>
#include <algorithm>
using namespACe std;

// 定义棋盘状态结构体
struct State {
    string board;  // 棋盘状态字符串
    int steps;     // 到达该状态的步数
    bool isBlack;  // 当前该谁走棋
};

// 检查是否达到目标状态（四个一线）
bool isGoal(const string& board) {
    // 检查所有行
    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
        if (board[i*4] != 'O' && board[i*4] == board[i*4+1] && 
            board[i*4] == board[i*4+2] && board[i*4] == board[i*4+3])
            return true;
    }

    // 检查所有列
    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
        if (board[i] != 'O' && board[i] == board[i+4] && 
            board[i] == board[i+8] && board[i] == board[i+12])
            return true;
    }

    // 检查对角线
    if (board[0] != 'O' && board[0] == board[5] && 
        board[0] == board[10] && board[0] == board[15])
        return true;
    if (board[3] != 'O' && board[3] == board[6] && 
        board[3] == board[9] && board[3] == board[12])
        return true;

    return false;
}

// 获取所有可能的下一步状态
vector<State> getNextStates(const State& current) {
    vector<State> nextStates;
    const string& board = current.board;
    char currentPlayer = current.isBlack ? 'B' : 'W';

    // 找到所有空格位置
    vector<int> emptyPos;
    for (int i = 0; i < 16; ++i) {
        if (board[i] == 'O') emptyPos.push_back(i);
    }

    // 对于每个空格，检查四周可以移动过来的棋子
    for (int pos : emptyPos) {
        int row = pos / 4;
        int col = pos % 4;

        // 检查四个方向
        int dirs[4][2] = {{-1,0}, {1,0}, {0,-1}, {0,1}};
        for (auto& dir : dirs) {
            int newRow = row + dir[0];
            int newCol = col + dir[1];

            if (newRow >= 0 && newRow < 4 && newCol >= 0 && newCol < 4) {
                int newPos = newRow * 4 + newCol;
                if (board[newPos] == currentPlayer) {
                    // 可以移动这个棋子到空格
                    string newBoard = board;
                    swap(newBoard[newPos], newBoard[pos]);
                    nextStates.push_back({newBoard, current.steps + 1, !current.isBlack});
                }
            }
        }
    }

    return nextStates;
}

int bfs(const string& initialBoard) {
    queue<State> q;
    unordered_map<string, bool> visited;

    // 初始状态，黑方先走
    q.push({initialBoard, 0, true});
    // 白方先走的初始状态
    q.push({initialBoard, 0, false});
    visited[initialBoard + "1"] = true;  // 黑方先走的标记
    visited[initialBoard + "0"] = true;  // 白方先走的标记

    while (!q.empty()) {
        State current = q.front();
        q.pop();

        if (isGoal(current.board)) {
            return current.steps;
        }

        vector<State> nextStates = getNextStates(current);
        for (const State& next : nextStates) {
            string key = next.board + (next.isBlack ? "1" : "0");
            if (!visited.count(key)) {
                visited[key] = true;
                q.push(next);
            }
        }
    }

    return -1;  // 无解情况
}

int main() {
    string board;
    string line;

    // 读取4x4棋盘
    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
        cin >> line;
        board += line;
    }

    int result = bfs(board);
    cout << result << endl;

    return 0;
}