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优化后的A*算法--简洁、易懂且实用

2016-05-28 来源:CloudBest 阅读量: 993
关键词: 算法设计


  我曾看过一些有关A*算法的程序,不过写得比较简洁、易懂的还是风云写的A*算法教学实例(风云工作室),但是这个算法并没有进行优化,该程序要用到实际应用中,还会有一定的限制,所以我对该算法进行了改进,并加上更详细的算法说明,使其具有更好的教学作用和实用价值。开始前我先给出A*算法的基本思路:
  问题:求出2D的迷宫中起始点S到目标点E的最短路径?
  算法: findpath()
  {
  把S点加入树根(各点所在的树的高度表示从S点到该点所走过的步数);
  把S点加入排序队列(按该点到E点的距离排序+走过的步数从小到大排序);
  1、排序队列sort_queue中距离最小的第一个点出列,并保存入store_queue中
  2、从出列的点出发,分别向4个(或8个)方向中的一个各走出一步
  3、并估算第2步所走到位置到目标点的距离,并把该位置加入树,
  最后把该点按距离从小到大排序后并放入队列中。(由trytile函数实现)。
  4、如果该点从四个方向上都不能移动,则把该点从store_queue中删除
  5、回到第一点,直到找到E点则结束
  从目标点回溯树,直到树根则可以找到最佳路径,并保存在path[]中
  }
  /*========================================================================
  精简的A*算法 作者:添翼虎
  网址:http://tyhweb.163.net Email:tyhweb@163.net
  本程序参考了风云的最短路径代码(http://member.nease.com/~cloudwu),
  并加以改进和优化:
  1、把原来用于存放已处理节点的堆栈改为(store_queue)队列,这样在从
  sort_queue队列出列时可直接放入store_queue中。
  2、解除了地图大小的限制(如果有64K内存限制时,地图大小只能是180x180)
  3、删除了原程序中的一些冗余,见程序中的注释。
  4、程序继续使用dis_map数组保存各点历史历史最佳距离,也包含了某点是否已经
  经过的信息,虽然这样做可能会比使用链表多用一些内存,但是在搜索时可以
  节省不时间。
  5、程序更具有实用性,可直接或修改后运用于你的程序中,但请你使用该代码后
  应该返回一些信息给我,如算法的改进或使用于什么程序等。
  本程序可以用Borland C++或DJGPP编译,并附带有一个数据文件 map.dat,
  保存有地图的数据,(注:该地图文件格式与风云的原代码的地图格式不一样)
  -------------------------------------------------------------------------*/
  //#define NDEBUG
  #include <stdio.h>
  #include <conio.h>
  #include <assert.h>
  #include <stdlib.h>
  
  #define tile_num(x,y) ((y)*map_w+(x)) //将 x,y 坐标转换为地图上块的编号
  #define tile_x(n) ((n)%map_w) //由块编号得出 x,y 坐标
  #define tile_y(n) ((n)/map_w)
  
  #define MAPMAXSIZE 180 //地图面积最大为 180x180,如果没有64K内存限制可以更大
  #define MAXINT 32767
  //树结构, 比较特殊, 是从叶节点向根节点反向链接,方便从叶节点找到根节点
  typedef struct tree_node *TREE;
  struct tree_node {
  int h; //节点所在的高度,表示从起始点到该节点所有的步数
  int tile; //该节点的位置
  TREE father; //该节点的上一步
  };
  //链接结构,用于保存处理过的和没有处理过的结点
  typedef struct link_node *LINK;
  struct link_node {
  TREE node;
  int f;
  LINK next;
  };
  LINK sort_queue; // 保存没有处理的行走方法的节点
  LINK store_queue; // 保存已经处理过的节点 (搜索完后释放)
  unsigned char * map; //地图数据
  unsigned int * dis_map; //保存搜索路径时,中间目标地最优解
  int map_w,map_h; //地图宽和高
  int start_x,start_y,end_x,end_y; //地点,终点坐标
  // 初始化队列
  void init_queue()
  {
  sort_queue=(LINK)malloc(sizeof(*sort_queue));
  sort_queue->node=NULL;
  sort_queue->f=-1;
  sort_queue->next=(LINK)malloc(sizeof(*sort_queue));
  sort_queue->next->node=NULL;
  sort_queue->next->f=MAXINT;
  sort_queue->next->next=NULL;
  store_queue=(LINK)malloc(sizeof(*store_queue));
  store_queue->node=NULL;
  store_queue->f=-1;
  store_queue->next=NULL;
  }
  // 待处理节点入队列, 依靠对目的地估价距离插入排序
  void enter_queue(TREE node,int f)
  {
  LINK p=sort_queue,father,q;
  while(f>p->f) {
  father=p;
  p=p->next;
  assert(p);
  }
  q=(LINK)malloc(sizeof(*q));
  assert(sort_queue);
  q->f=f,q->node=node,q->next=p;
  father->next=q;
  }
  // 将离目的地估计最近的方案出队列
  TREE get_from_queue()
  {
  LINK bestchoice=sort_queue->next;
  LINK next=sort_queue->next->next;
  sort_queue->next=next;
  bestchoice->next=store_queue->next;
  store_queue->next=bestchoice;
  return bestchoice->node;
  }
  // 释放栈顶节点
  void pop_stack()
  {
  LINK s=store_queue->next;
  assert(s);
  store_queue->next=store_queue->next->next;
  free(s->node);
  free(s);
  }
  // 释放申请过的所有节点
  void freetree()
  {
  int i;
  LINK p;
  while(store_queue){
  p=store_queue;
  free(p->node);
  store_queue=store_queue->next;
  free(p);
  }
  while (sort_queue) {
  p=sort_queue;
  free(p->node);
  sort_queue=sort_queue->next;
  free

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