请基于蚁群算法并用python结合matplotlib写一个在二维栅格图的避障的最优路径的可视化代码

时间: 2023-06-13 09:02:28 浏览: 100
好的,以下是使用蚁群算法实现在二维栅格图上的避障最优路径可视化的Python代码: ```python import random import math import matplotlib.pyplot as plt # 定义栅格地图尺寸和障碍物位置 MAP_WIDTH = 50 MAP_HEIGHT = 50 OBSTACLE_LIST = [(25, 25), (26, 25), (27, 25), (28, 25)] # 定义蚂蚁数量 ANT_COUNT = 50 # 定义迭代次数 ITERATION_COUNT = 200 # 定义信息素挥发和更新速率 PHEROMONE_EVAPORATION = 0.3 PHEROMONE_UPDATE_RATE = 0.8 # 定义信息素和启发式函数的权重 PHEROMONE_WEIGHT = 1.0 HEURISTIC_WEIGHT = 2.0 # 定义启发式函数的参数 HEURISTIC_EXPONENT = 2.0 class Ant: def __init__(self): self.path = [(0, 0)] self.visited = set() self.visited.add((0, 0)) def move(self, pheromone_map): current_position = self.path[-1] neighbors = self.get_neighbors(current_position) probabilities = [] total_probability = 0.0 for neighbor in neighbors: if neighbor in self.visited: continue probability = self.calculate_probability(current_position, neighbor, pheromone_map) probabilities.append((neighbor, probability)) total_probability += probability if total_probability == 0.0: return probabilities = [(n, p / total_probability) for n, p in probabilities] target, _ = random.choices(probabilities)[0] self.path.append(target) self.visited.add(target) def get_neighbors(self, position): x, y = position neighbors = [] if x > 0: neighbors.append((x - 1, y)) if x < MAP_WIDTH - 1: neighbors.append((x + 1, y)) if y > 0: neighbors.append((x, y - 1)) if y < MAP_HEIGHT - 1: neighbors.append((x, y + 1)) return neighbors def calculate_probability(self, current_position, neighbor, pheromone_map): pheromone = pheromone_map[neighbor[0]][neighbor[1]] distance = self.calculate_distance(current_position, neighbor) heuristic = self.calculate_heuristic(neighbor) probability = math.pow(pheromone, PHEROMONE_WEIGHT) * math.pow(heuristic, HEURISTIC_WEIGHT) probability /= math.pow(distance, HEURISTIC_EXPONENT) return probability def calculate_distance(self, position1, position2): x1, y1 = position1 x2, y2 = position2 return math.sqrt((x1 - x2) ** 2 + (y1 - y2) ** 2) def calculate_heuristic(self, position): x, y = position min_distance = float('inf') for obstacle in OBSTACLE_LIST: distance = self.calculate_distance(position, obstacle) if distance < min_distance: min_distance = distance return 1.0 / (min_distance + 1.0) def initialize_pheromone_map(): return [[1.0] * MAP_HEIGHT for _ in range(MAP_WIDTH)] def update_pheromone_map(pheromone_map, ant_list): for i in range(len(pheromone_map)): for j in range(len(pheromone_map[0])): pheromone_map[i][j] *= PHEROMONE_EVAPORATION for ant in ant_list: for i in range(len(ant.path) - 1): position1 = ant.path[i] position2 = ant.path[i + 1] pheromone_map[position1[0]][position1[1]] += PHEROMONE_UPDATE_RATE def run_ant_colony_optimization(): ant_list = [Ant() for _ in range(ANT_COUNT)] pheromone_map = initialize_pheromone_map() best_path = [] best_distance = float('inf') for i in range(ITERATION_COUNT): for ant in ant_list: ant.move(pheromone_map) update_pheromone_map(pheromone_map, ant_list) for ant in ant_list: if ant.path[-1] == (MAP_WIDTH - 1, MAP_HEIGHT - 1): distance = len(ant.path) if distance < best_distance: best_distance = distance best_path = ant.path return best_path def plot_path(path): obstacle_x, obstacle_y = zip(*OBSTACLE_LIST) path_x, path_y = zip(*path) plt.scatter(obstacle_x, obstacle_y, color='red') plt.plot(path_x, path_y, color='blue', linewidth=2.0) plt.xlim(0, MAP_WIDTH) plt.ylim(0, MAP_HEIGHT) plt.show() if __name__ == '__main__': best_path = run_ant_colony_optimization() plot_path(best_path) ``` 这段代码将生成一个二维栅格图,其中红点表示障碍物,蓝线表示在避开障碍物的情况下最优路径。您可以根据需要调整栅格地图的尺寸、障碍物位置、蚂蚁数量、迭代次数、信息素挥发和更新速率、信息素和启发式函数的权重以及启发式函数的参数。

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