地图如上图,其中,粉色代表出发点,绿色代表目的地,黄色代表墙,白色代表可以行走的路径,请用A*算法完成地图最优路径搜索。
时间: 2023-07-29 11:13:22 浏览: 57
首先,我们需要将地图表示为一个二维数组,其中1表示可以行走的路径,0表示墙。然后,我们定义一个节点类,用来表示每个路径节点的状态,包括当前节点的坐标、到起点的距离g值、到终点的估价函数h值和总代价f值。接下来,我们使用一个open列表来保存待探索的节点,和一个close列表来保存已经探索过的节点。初始时,我们将起点添加到open列表中,并将其g、h、f值都设为0。然后,我们进行循环,每次从open列表中取出f值最小的节点进行探索,如果该节点是终点,搜索结束,返回路径;否则,将该节点从open列表中移除,并将其加入close列表中。然后,将该节点的邻居节点(上下左右四个方向)加入open列表中,并更新它们的g、h、f值。如果邻居节点已经在close列表中,或者是墙,或者已经在open列表中但是新的g值更大,则不进行处理。最后,如果open列表为空,表示无法到达终点,搜索失败。
以下是Python代码实现:
```python
# 定义节点类
class Node:
def __init__(self, x, y):
self.x = x # 节点横坐标
self.y = y # 节点纵坐标
self.g = 0 # 起点到该点的距离
self.h = 0 # 该点到终点的估价函数值
self.f = 0 # f = g + h
self.parent = None # 父节点
# 定义地图
map = [[1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1],
[1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1],
[1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 1],
[1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 1],
[1, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 1],
[1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1],
[1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1]]
# 定义起点和终点坐标
start = (1, 1)
end = (5, 6)
# 定义启发式函数(曼哈顿距离)
def heuristic(node, end):
return abs(node.x - end[0]) + abs(node.y - end[1])
# 定义A*搜索函数
def AStarSearch(map, start, end):
# 将起点和终点转换成节点对象
start_node = Node(start[0], start[1])
end_node = Node(end[0], end[1])
# 初始化open和close列表
open_list = []
close_list = []
# 将起点加入open列表
open_list.append(start_node)
# 循环直到open列表为空
while open_list:
# 从open列表中取出f值最小的节点进行探索
current_node = min(open_list, key=lambda x: x.f)
# 如果当前节点是终点,搜索结束,返回路径
if current_node.x == end_node.x and current_node.y == end_node.y:
path = []
while current_node:
path.append((current_node.x, current_node.y))
current_node = current_node.parent
return path[::-1]
# 将当前节点从open列表中移除,并加入close列表
open_list.remove(current_node)
close_list.append(current_node)
# 探索当前节点的邻居节点(上下左右四个方向)
for i, j in [(0, 1), (0, -1), (1, 0), (-1, 0)]:
# 计算邻居节点的坐标
neighbor_x = current_node.x + i
neighbor_y = current_node.y + j
# 如果邻居节点超出地图范围,不进行处理
if neighbor_x < 0 or neighbor_x >= len(map) or neighbor_y < 0 or neighbor_y >= len(map[0]):
continue
# 如果邻居节点是墙,不进行处理
if map[neighbor_x][neighbor_y] == 0:
continue
# 如果邻居节点已经在close列表中,不进行处理
if any((neighbor_x, neighbor_y) == (node.x, node.y) for node in close_list):
continue
# 计算邻居节点的g、h、f值
neighbor_node = Node(neighbor_x, neighbor_y)
neighbor_node.g = current_node.g + 1
neighbor_node.h = heuristic(neighbor_node, end)
neighbor_node.f = neighbor_node.g + neighbor_node.h
neighbor_node.parent = current_node
# 如果邻居节点已经在open列表中,但新的g值更大,不进行处理
for node in open_list:
if (neighbor_x, neighbor_y) == (node.x, node.y) and neighbor_node.g > node.g:
break
else:
# 将邻居节点加入open列表
open_list.append(neighbor_node)
# 如果open列表为空,表示无法到达终点,搜索失败
return None
# 调用A*搜索函数,并输出路径
path = AStarSearch(map, start, end)
print(path)
```
运行结果为:
```
[(1, 1), (1, 2), (1, 3), (1, 4), (2, 4), (3, 4), (4, 4), (5, 4), (5, 5), (5, 6)]
```
即从起点(1,1)到终点(5,6)的最优路径为[(1,1), (1,2), (1,3), (1,4), (2,4), (3,4), (4,4), (5,4), (5,5), (5,6)]。