java如何实现AStar

时间: 2023-11-22 21:56:23 浏览: 35
A*(A-Star)算法是一种常用的启发式搜索算法,可以用于解决许多问题,如路径规划、游戏AI等。下面是Java实现A*算法的基本步骤: 1. 定义节点类:包含节点坐标、父节点、起始到当前节点的实际代价G值、当前节点到目标节点的预估代价H值和F值(F值为G值和H值的和)等信息。 ``` public class Node { public int x; public int y; public int f; public int g; public int h; public Node parent; public Node(int x, int y) { this.x = x; this.y = y; } } ``` 2. 实现A*算法的主函数:设置起始节点和目标节点,将起始节点加入开放列表(openList),然后进行循环,直到开放列表为空或者找到目标节点为止。每次循环从开放列表中找到F值最小的节点作为当前节点(currentNode),将其从开放列表中删除并加入到已关闭列表(closedList)中,然后对当前节点的所有相邻节点进行处理,如果相邻节点不在已关闭列表中,则将其加入到开放列表中。对于已经在开放列表中的相邻节点,比较起始节点到当前节点的实际代价G值与起始节点到相邻节点的实际代价G值,如果当前节点到相邻节点的实际代价更小,则更新相邻节点的父节点为当前节点,并重新计算相邻节点的F值。 ``` public static List<Node> aStar(int[][] map, Node startNode, Node endNode) { List<Node> openList = new ArrayList<>(); List<Node> closedList = new ArrayList<>(); openList.add(startNode); while (!openList.isEmpty()) { Node currentNode = getLowestFNode(openList); openList.remove(currentNode); closedList.add(currentNode); if (currentNode.x == endNode.x && currentNode.y == endNode.y) { return getPath(currentNode); } List<Node> neighbors = getNeighbors(map, currentNode); for (Node neighbor : neighbors) { if (closedList.contains(neighbor)) { continue; } int g = currentNode.g + getActualCost(currentNode, neighbor); boolean isOpen = openList.contains(neighbor); if (!isOpen || g < neighbor.g) { neighbor.g = g; neighbor.h = getHeuristicCost(neighbor, endNode); neighbor.f = neighbor.g + neighbor.h; neighbor.parent = currentNode; if (!isOpen) { openList.add(neighbor); } } } } return null; } ``` 3. 实现各种辅助函数,如计算两个节点之间的实际代价、计算两个节点之间的预估代价、获取某个节点的所有相邻节点等。 完整代码示例: ``` import java.util.ArrayList; import java.util.Collections; import java.util.List; public class AStar { public static void main(String[] args) { int[][] map = { {0, 0, 0, 0, 0}, {0, 1, 1, 0, 0}, {0, 0, 0, 0, 0}, {0, 0, 1, 1, 0}, {0, 0, 0, 0, 0}, }; Node startNode = new Node(0, 0); Node endNode = new Node(4, 4); List<Node> path = aStar(map, startNode, endNode); if (path != null) { for (Node node : path) { System.out.println("(" + node.x + ", " + node.y + ")"); } } } public static List<Node> aStar(int[][] map, Node startNode, Node endNode) { List<Node> openList = new ArrayList<>(); List<Node> closedList = new ArrayList<>(); openList.add(startNode); while (!openList.isEmpty()) { Node currentNode = getLowestFNode(openList); openList.remove(currentNode); closedList.add(currentNode); if (currentNode.x == endNode.x && currentNode.y == endNode.y) { return getPath(currentNode); } List<Node> neighbors = getNeighbors(map, currentNode); for (Node neighbor : neighbors) { if (closedList.contains(neighbor)) { continue; } int g = currentNode.g + getActualCost(currentNode, neighbor); boolean isOpen = openList.contains(neighbor); if (!isOpen || g < neighbor.g) { neighbor.g = g; neighbor.h = getHeuristicCost(neighbor, endNode); neighbor.f = neighbor.g + neighbor.h; neighbor.parent = currentNode; if (!isOpen) { openList.add(neighbor); } } } } return null; } private static Node getLowestFNode(List<Node> nodes) { Node lowestFNode = nodes.get(0); for (Node node : nodes) { if (node.f < lowestFNode.f) { lowestFNode = node; } } return lowestFNode; } private static List<Node> getNeighbors(int[][] map, Node node) { List<Node> neighbors = new ArrayList<>(); int x = node.x; int y = node.y; int maxX = map.length - 1; int maxY = map[0].length - 1; if (x > 0 && map[x - 1][y] == 0) { neighbors.add(new Node(x - 1, y)); } if (x < maxX && map[x + 1][y] == 0) { neighbors.add(new Node(x + 1, y)); } if (y > 0 && map[x][y - 1] == 0) { neighbors.add(new Node(x, y - 1)); } if (y < maxY && map[x][y + 1] == 0) { neighbors.add(new Node(x, y + 1)); } return neighbors; } private static int getActualCost(Node node1, Node node2) { int x = Math.abs(node1.x - node2.x); int y = Math.abs(node1.y - node2.y); if (x + y == 1) { return 10; } else if (x + y == 2) { return 14; } else { throw new RuntimeException("Cannot calculate actual cost between non-adjacent nodes"); } } private static int getHeuristicCost(Node node1, Node node2) { int dx = Math.abs(node1.x - node2.x); int dy = Math.abs(node1.y - node2.y); return 10 * (dx + dy); } private static List<Node> getPath(Node endNode) { List<Node> path = new ArrayList<>(); Node currentNode = endNode; while (currentNode != null) { path.add(currentNode); currentNode = currentNode.parent; } Collections.reverse(path); return path; } } class Node { public int x; public int y; public int f; public int g; public int h; public Node parent; public Node(int x, int y) { this.x = x; this.y = y; } } ```

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