双向A星算法Python实现

时间: 2023-05-18 16:04:11 浏览: 256
以下是双向A星算法的Python实现: ```python import heapq def astar(start, goal, neighbors_fn, heuristic_fn): """ A* algorithm implementation. :param start: starting node :param goal: goal node :param neighbors_fn: function that returns the neighbors of a node :param heuristic_fn: function that returns the heuristic value of a node :return: path from start to goal """ # Initialize the open and closed sets open_set = [] closed_set = set() # Initialize the start and goal nodes start_node = Node(start, None, 0, heuristic_fn(start, goal)) goal_node = Node(goal, None, 0, 0) # Add the start node to the open set heapq.heappush(open_set, start_node) # Loop until the open set is empty while open_set: # Get the node with the lowest f value current_node = heapq.heappop(open_set) # Check if we have reached the goal if current_node == goal_node: path = [] while current_node: path.append(current_node.state) current_node = current_node.parent return path[::-1] # Add the current node to the closed set closed_set.add(current_node) # Get the neighbors of the current node for neighbor in neighbors_fn(current_node.state): # Create a new node for the neighbor neighbor_node = Node(neighbor, current_node, current_node.g + 1, heuristic_fn(neighbor, goal)) # Check if the neighbor is already in the closed set if neighbor_node in closed_set: continue # Check if the neighbor is already in the open set if neighbor_node in open_set: # Update the neighbor's g value if we found a better path open_neighbor = open_set[open_set.index(neighbor_node)] if neighbor_node.g < open_neighbor.g: open_neighbor.g = neighbor_node.g open_neighbor.parent = neighbor_node.parent else: # Add the neighbor to the open set heapq.heappush(open_set, neighbor_node) # If we reach this point, there is no path from start to goal return None class Node: """ A node in the search tree. """ def __init__(self, state, parent, g, h): self.state = state self.parent = parent self.g = g self.h = h def __lt__(self, other): return (self.g + self.h) < (other.g + other.h) def __eq__(self, other): return self.state == other.state def bidirectional_astar(start, goal, neighbors_fn, heuristic_fn): """ Bidirectional A* algorithm implementation. :param start: starting node :param goal: goal node :param neighbors_fn: function that returns the neighbors of a node :param heuristic_fn: function that returns the heuristic value of a node :return: path from start to goal """ # Initialize the open and closed sets for both directions open_set_start = [] closed_set_start = set() open_set_goal = [] closed_set_goal = set() # Initialize the start and goal nodes for both directions start_node_start = Node(start, None, 0, heuristic_fn(start, goal)) start_node_goal = Node(goal, None, 0, heuristic_fn(goal, start)) goal_node_start = Node(goal, None, 0, 0) goal_node_goal = Node(start, None, 0, 0) # Add the start and goal nodes to the open sets for both directions heapq.heappush(open_set_start, start_node_start) heapq.heappush(open_set_goal, start_node_goal) # Loop until one of the open sets is empty while open_set_start and open_set_goal: # Get the node with the lowest f value from both directions current_node_start = heapq.heappop(open_set_start) current_node_goal = heapq.heappop(open_set_goal) # Check if we have reached the goal from both directions if current_node_start in closed_set_goal or current_node_goal in closed_set_start: path = [] # Add the path from start to current_node_start while current_node_start: path.append(current_node_start.state) current_node_start = current_node_start.parent # Add the path from goal to current_node_goal while current_node_goal: path.append(current_node_goal.state) current_node_goal = current_node_goal.parent return path[::-1] # Add the current nodes to the closed sets for both directions closed_set_start.add(current_node_start) closed_set_goal.add(current_node_goal) # Get the neighbors of the current nodes for both directions for neighbor_start in neighbors_fn(current_node_start.state): # Create a new node for the neighbor from the start direction neighbor_node_start = Node(neighbor_start, current_node_start, current_node_start.g + 1, heuristic_fn(neighbor_start, goal)) # Check if the neighbor from the start direction is already in the closed set from the goal direction if neighbor_node_start in closed_set_goal: continue # Check if the neighbor from the start direction is already in the open set from the start direction if neighbor_node_start in open_set_start: # Update the neighbor's g value if we found a better path open_neighbor_start = open_set_start[open_set_start.index(neighbor_node_start)] if neighbor_node_start.g < open_neighbor_start.g: open_neighbor_start.g = neighbor_node_start.g open_neighbor_start.parent = neighbor_node_start.parent else: # Add the neighbor from the start direction to the open set from the start direction heapq.heappush(open_set_start, neighbor_node_start) for neighbor_goal in neighbors_fn(current_node_goal.state): # Create a new node for the neighbor from the goal direction neighbor_node_goal = Node(neighbor_goal, current_node_goal, current_node_goal.g + 1, heuristic_fn(neighbor_goal, start)) # Check if the neighbor from the goal direction is already in the closed set from the start direction if neighbor_node_goal in closed_set_start: continue # Check if the neighbor from the goal direction is already in the open set from the goal direction if neighbor_node_goal in open_set_goal: # Update the neighbor's g value if we found a better path open_neighbor_goal = open_set_goal[open_set_goal.index(neighbor_node_goal)] if neighbor_node_goal.g < open_neighbor_goal.g: open_neighbor_goal.g = neighbor_node_goal.g open_neighbor_goal.parent = neighbor_node_goal.parent else: # Add the neighbor from the goal direction to the open set from the goal direction heapq.heappush(open_set_goal, neighbor_node_goal) # If we reach this point, there is no path from start to goal return None ``` 希望这个实现对你有所帮助!
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