[C++]:A*——A Star算法簡介

A*算法 求最優解

算法一直維護兩個表: Open和Close

  • 將起點S加入Open中

  • 將所有S可到達的點(障礙物以及位於Close表中的點均看成不可達)加入到Open中。將起點從Open中刪去,並加入到Close中

  • ①從Open中刪去F值最小的點Min,並將其加入到Close中

  • ②將Min點所有可到達的點加入Open中,並設這些點的父節點爲Min。若某點已經在Open中,則比較其F值,若新路徑F值較小,說明從Min走路更短,更新其父節點爲Min;否則不更新此點

  • 循環①②,直到Open中出現目的點E

公式表示爲: f(n)=g(n)+h(n),

其中 f(n) 是從初始狀態經由狀態n到目標狀態的代價估計,

g(n) 是在狀態空間中從初始狀態到狀態n的實際代價,

h(n) 是從狀態n到目標狀態的最佳路徑的估計代價。

通俗一點講:

g(n)代表你從起始點到下一點的實際距離(制定到下一點的距離的規則)

h(n)是自己設計的函數,可以是到目的地大致的距離


可將循環過程封裝成函數:

    while (isNotEnd()) {
        Find_deleteMinFromOpen_AddToClose();
        putReachableIntoOpen(close.back());
    }

舉個栗子:

對於以下圖:5行15列

000000000000000

0000000x0000000

00s0000x0000e00

0000000x0000000

000000000000000

其中x爲牆壁,s爲起點,e爲終點,建立合適的模型,調用A star算法,找到一條s到e的最短路徑。

取直走G值爲10,斜走G值爲14

這裏H值設定爲無視障礙到達終點所需的 步數*10

我們看開始的幾步:

000000000000000

0000000x0000000

00s0000x0000e00

0000000x0000000

000000000000000

灰色的點G=10,H=9*10 ,其F值最小,加入Close


000000000000000

0000000x0000000

00s0000x0000e00

0000000x0000000

000000000000000

灰色的點G=10+10,H=8*10 ,其F值最小,加入Close


000000000000000

0000000x0000000

00s0000x0000e00

0000000x0000000

000000000000000

灰色的點G=10+10+10,H=7*10 ,其F值最小,加入Close


000000000000000

0000000x0000000

00s0000x0000e00

0000000x0000000

000000000000000

灰色的點G=10+10+10+10,H=6*10 ,其F值最小,加入Close


以此循環,直到e在Open中,此時只需要沿着父節點往回走就可以到達起點了,這條路就是當前情況下最優的解


結果:


000000000000000

0000000x0000000

00s0000x0000e00

0000000x0000000

000000000000000



C++實現:

#include#include#include#includeusing namespace std;
char square[5][15] = {//待求數據
    '0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0',
    '0','0','0','0','0','0','0','x','0','0','0','0','0','0','0',
    '0','0','s','0','0','0','0','x','0','0','0','0','e','0','0',
    '0','0','0','0','0','0','0','x','0','0','0','0','0','0','0',
    '0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0'
};

class point {

public:
    point(char s) {
        v = s;
        G = 0;
        H = 0;
        F = 0;
    }
    pair ParentPosi;
    pair posi;
    char v;//value
    int F;
    int G;
    int H;
    int UpdateF() {
        F = G + H;
        return F;
    }
    int UpdateH() {
        int x = posi.first - 2;
        int y = posi.second - 12;
        x *= 10;
        y *= 10;
        if (x < 0) {
            x = -x;
        }
        if (y < 0) {
            y = -y;
        }
        H = x + y;
        return H;
    }
    void setPosi(pair x) {
        posi = x;
    }
    void setParentPosi(pair x) {
        ParentPosi= x;
    }
    void setG(int g) {
        G = g;
    }
    void setH(int h) {
        H = h;
    }
    point &operator = (point &s) {
        (*this).v=(s).v;
        (*this).ParentPosi = s.ParentPosi;
        (*this).posi = s.posi;
        (*this).F = s.F;
        (*this).G = s.G;
        (*this).H = s.H;
        return *this;
    }
};
vector open;
vector close;
point squ[5][15] = {
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,'x',0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,'s',0,0,0,0,'x',0,0,0,0,'e',0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,'x',0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0
};
bool isInOpenList(pair s) {
    for (int i = 0;i<open.size();i++) {
        if (open[i].posi == s) {
            return true;
        }
    }
    return false;
}
bool isInCloseList(pair s) {
    for (int i = 0;i<close.size();i++) {
        if (close[i].posi == s) {
            return true;
        }
    }
    return false;
}
void putReachableIntoOpen(point min) {
    int x = min.posi.first;
    int y = min.posi.second;

    int direc[8][2] = {
        0,1,
        1,1,
        1,0,
        1,-1,
        0,-1,
        -1,-1,
        -1,0,
        -1,1
    };
    for (int i = 0;i < 8;i++) {
        x = x + direc[i][0];
        y = y + direc[i][1];
        if (isInOpenList(make_pair(x, y))&&close.size()>0) {
            int tempi = 0;
            for (int i = 0;i < open.size();i++) {
                if (open[i].posi == make_pair(x, y)) {
                    tempi = i;
                }
            }
            if (direc[i][0] * direc[i][1] != 0) {//斜向
                int G_now = close.back().G + 14;
                if (G_now < open[tempi].G) { //G比較小就更新路徑
                    open[tempi].ParentPosi = make_pair(x, y);
                    squ[open[tempi].posi.first][open[tempi].posi.second].ParentPosi = make_pair(x, y);
                }
            }
            else {
                int G_now = close.back().G + 10;
            }
            continue;
        }
        //既不在關閉也不在開啓列表中而且可到達 就將其加入開啓列表
        if ((!isInOpenList(make_pair(x, y))) && (!isInCloseList(make_pair(x,y)))&&x >= 0 && x < 5 && square[x][y] != 'x') {
            squ[x][y].setParentPosi(min.posi);
            open.push_back(squ[x][y]);
            if (direc[i][0] * direc[i][1] != 0) {//斜向
                squ[x][y].setG(squ[x][y].G+14);
            }
            else {
                squ[x][y].setG(squ[x][y].G + 10);
            }
            //cout << "(" << squ[x][y].posi.first << "," << squ[x][y].posi.second << ")" << endl;
        }
        x = x - direc[i][0];
        y = y - direc[i][1];
    }
    //cout << "------------------------" << "(" << x << "," << y << "):" << "------------------------" << endl;
}
void Find_deleteMinFromOpen_AddToClose() {
    point min_= open[0];
    int tempi = 0;
    for (int i = 0;i < open.size();i++) {
        if (open[i].UpdateF() < min_.UpdateF()) {
            min_ = open[i];
            tempi = i;
        }
    }
    close.push_back(min_);
    std::vector::iterator it=open.begin()+tempi;
    open.erase(it);
    //cout << "close:           (" << min_.posi.first << "," << min_.posi.second << ")" << endl;
    //cout << "closeSize()=" << close.size() << endl;
    //cout << "openSize()=" << open.size() << endl;
}
bool isNotEnd() {
    for (int i=0;i<open.size();i++) {
        if (open[i].v == 'e') {
            open[i].ParentPosi=close.back().posi;
            return false;
        }
    }
    return true;
}

void findPath(pair begin,pairend) {
    //將起點放入open
    open.push_back(squ[2][2]);
    putReachableIntoOpen(squ[2][2]);
    int tempi = 0;
    for (int i = 0;i < open.size();i++) {
        if (open[i].v == 's') {
            tempi = i;
        }
    }
    std::vector::iterator it = open.begin()+tempi;//刪除起點

    
    while (isNotEnd()) {
        Find_deleteMinFromOpen_AddToClose();
        putReachableIntoOpen(close.back());
    }
}
void print_path() {
    for (int i = 0;i < 5;i++) {
        for (int j = 0;j < 15;j++) {
            squ[i][j].posi = make_pair(i, j);
            squ[i][j].UpdateH();//算出所有H
        }
    }//初始化point.posi

    findPath(make_pair(2,2),make_pair(2,12));
    point temp = squ[2][12];
    vector<pair> point_out;
    while (temp.posi!=squ[2][2].posi) {
        //cout << "(" << temp.posi.first << "," << temp.posi.second << ")" << endl;
        point_out.push_back(temp.posi);
        temp=squ[temp.ParentPosi.first][temp.ParentPosi.second];
    }
    point_out.push_back(squ[2][2].posi);
    while (point_out.size() != 0) {
        cout << "(" << point_out.back().first<< "," << point_out.back().second<< ")" << endl;
        point_out.pop_back();
    }
}
void print() {
    for (int i = 0;i < 5;i++) {
        for (int j = 0;j < 15;j++) {
            cout << square[i][j] << ' ';
        }
        cout << endl;
    }
}
int main() {
    //print();
    print_path();
    return 0;
}


發佈了49 篇原創文章 · 獲贊 15 · 訪問量 8萬+
發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章