利用PSO+A*算法解决无碰撞路径问题的MATLAB代码

时间: 2023-11-27 08:49:49 浏览: 40
以下是利用PSO和A*算法解决无碰撞路径问题的MATLAB代码: ```matlab % 无碰撞路径规划 clear;clc; % 初始化参数 nPop = 10; % 粒子群数量 MaxIt = 50; % 迭代次数 w = 1; % 惯性权重 wdamp = 0.99; % 惯性权重衰减系数 c1 = 2; % 个体加速系数 c2 = 2; % 全局加速系数 alpha = 0.1; % 距离因子 % 地图参数设置 map = zeros(30, 30); map(3, 2:28) = 1; map(28, 2:28) = 1; map(4:27, 2) = 1; map(4:27, 28) = 1; map(15:20, 6:25) = 1; % 起点和终点设置 Start = [5, 5]; End = [25, 25]; % A*算法搜索 [path, cost] = AStarSearch(map, Start, End); % 显示地图和路径 figure(1); imshow(map); hold on; plot(path(:, 2), path(:, 1), 'r', 'LineWidth', 2); % 初始化粒子群 empty_particle.Position = []; empty_particle.Velocity = []; empty_particle.Cost = []; empty_particle.Best.Position = []; empty_particle.Best.Cost = []; particle = repmat(empty_particle, nPop, 1); GlobalBest.Cost = inf; for i = 1:nPop % 随机初始化粒子位置 particle(i).Position = [Start; randi([2, 29], 28, 2); End]; % 随机初始化粒子速度 particle(i).Velocity = zeros(size(particle(i).Position)); % 计算粒子成本函数值 particle(i).Cost = PathCost(particle(i).Position, map, path, alpha); % 更新个体历史最优解 particle(i).Best.Position = particle(i).Position; particle(i).Best.Cost = particle(i).Cost; % 更新全局历史最优解 if particle(i).Best.Cost < GlobalBest.Cost GlobalBest = particle(i).Best; end end % 初始化最优解记录变量 BestCosts = zeros(MaxIt, 1); % 迭代优化 for it = 1:MaxIt for i = 1:nPop % 计算新速度和位置 particle(i).Velocity = w*particle(i).Velocity ... + c1*rand(size(particle(i).Velocity)).*(particle(i).Best.Position - particle(i).Position) ... + c2*rand(size(particle(i).Velocity)).*(GlobalBest.Position - particle(i).Position); particle(i).Position = particle(i).Position + particle(i).Velocity; % 边界处理 particle(i).Position = max(particle(i).Position, repmat([2, 2], size(particle(i).Position, 1), 1)); particle(i).Position = min(particle(i).Position, repmat([29, 29], size(particle(i).Position, 1), 1)); % 计算新成本函数值 particle(i).Cost = PathCost(particle(i).Position, map, path, alpha); % 更新个体历史最优解 if particle(i).Cost < particle(i).Best.Cost particle(i).Best.Position = particle(i).Position; particle(i).Best.Cost = particle(i).Cost; % 更新全局历史最优解 if particle(i).Best.Cost < GlobalBest.Cost GlobalBest = particle(i).Best; end end end % 记录当前迭代的最优解 BestCosts(it) = GlobalBest.Cost; % 输出迭代信息 disp(['Iteration ' num2str(it) ': Best Cost = ' num2str(BestCosts(it))]); % 更新惯性权重 w = w * wdamp; end % 显示优化后的路径 figure(2); imshow(map); hold on; plot(GlobalBest.Position(:, 2), GlobalBest.Position(:, 1), 'r', 'LineWidth', 2); % 绘制成本函数值变化曲线 figure(3); plot(BestCosts, 'LineWidth', 2); xlabel('Iteration'); ylabel('Best Cost'); grid on; % 成本函数计算 function cost = PathCost(Pos, map, path, alpha) n = size(Pos, 1); cost = 0; for i = 1:n-1 % 计算两点距离 d = sqrt(sum((Pos(i+1, :) - Pos(i, :)).^2)); % 计算两点连线与障碍物的交点 [x, y] = bresenham(Pos(i, 2), Pos(i, 1), Pos(i+1, 2), Pos(i+1, 1)); k = sub2ind(size(map), x, y); % 判断路径是否穿过障碍物 if any(map(k)) cost = cost + inf; return; end % 计算路径与理想路径的差距 d_path = min(sqrt(sum((path - repmat(Pos(i, :), size(path, 1), 1)).^2, 2))); cost = cost + alpha*d + (1-alpha)*d_path; end end ``` 代码中首先利用A*算法搜索得到无碰撞路径,然后利用PSO算法对路径进行优化。粒子的位置即为路径经过的点,速度即为路径的变化量,成本函数是路径长度与路径与理想路径的差距的加权和,其中权重由参数alpha控制。代码中还包含了成本函数计算和边界处理等函数。

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