C++实现informed-rrt*算法

Informed-RRT* 是一种路径规划算法，它使用了 RRT* 算法和启发式搜索的思想，可以在高维空间中高效地搜索路径。以下是 C 语言实现 Informed-RRT* 算法的步骤：

1. 定义状态空间和搜索空间，以及起点和终点。

typedef struct {
    double x;   // x 坐标
    double y;   // y 坐标
} Point;

typedef struct {
    Point pos;  // 当前状态
    double cost;  // 状态的代价
} State;

typedef struct {
    State state;
    int parent;  // 父状态的编号
} Node;

typedef struct {
    Point start;  // 起点
    Point goal;   // 终点
    double epsilon;  // 启发式搜索参数
} Problem;

2. 定义 RRT 树的数据结构，并初始化根节点。

typedef struct {
    Node* nodes;  // 节点数组
    int num_nodes;  // 节点数量
    int max_nodes;  // 最大节点数量
} RRT;

void init_rrt(RRT* rrt, State start_state) {
    rrt->nodes = (Node*) malloc(sizeof(Node) * MAX_NODES);
    rrt->num_nodes = 1;  // 初始化根节点
    rrt->max_nodes = MAX_NODES;

    Node root_node;
    root_node.state = start_state;
    root_node.parent = -1;
    rrt->nodes[0] = root_node;
}

3. 实现 RRT* 算法的核心函数 `extend_rrt`，用于生成新的节点。

int extend_rrt(RRT* rrt, Problem problem, double max_dist) {
    // 随机采样一个状态
    State rand_state = sample_state(problem);

    // 在树中寻找最近的节点
    int nearest_node_id = find_nearest_node(rrt, rand_state);

    // 生成新的状态
    State new_state = generate_new_state(rrt->nodes[nearest_node_id].state, rand_state, max_dist);

    // 检查新状态是否合法
    if (!is_valid_state(new_state)) {
        return -1;
    }

    // 计算新状态的代价
    double new_cost = calculate_cost(rrt, nearest_node_id, new_state);

    // 在树中寻找最优的父节点
    int best_parent_id = find_best_parent(rrt, new_state, new_cost, problem);

    // 将新状态插入树中
    Node new_node;
    new_node.state = new_state;
    new_node.parent = best_parent_id;
    rrt->nodes[rrt->num_nodes++] = new_node;

    // 检查是否到达终点
    if (is_goal(new_state, problem.goal)) {
        return 1;
    }

    return 0;
}

4. 实现 Informed-RRT* 的启发式搜索函数 `informed_rrt_star`。

void informed_rrt_star(RRT* rrt, Problem problem) {
    double max_dist = MAX_DIST;
    int goal_reached = 0;

    while (!goal_reached) {
        // 执行 RRT* 算法生成新的节点
        int result = extend_rrt(rrt, problem, max_dist);

        if (result == 1) {
            goal_reached = 1;
        }

        if (rrt->num_nodes >= rrt->max_nodes) {
            break;
        }

        // 更新启发式搜索参数 epsilon
        double epsilon = calculate_epsilon(rrt, problem);
        if (epsilon < problem.epsilon) {
            max_dist = MAX_DIST;
        } else {
            max_dist = epsilon;
        }
    }
}

5. 在主函数中调用 `informed_rrt_star` 函数，生成路径并输出。

int main() {
    RRT rrt;
    Problem problem;

    // 初始化问题
    init_problem(&problem);

    // 初始化 RRT 树
    init_rrt(&rrt, start_state);

    // 执行 Informed-RRT* 算法
    informed_rrt_star(&rrt, problem);

    // 生成路径
    int* path = generate_path(&rrt, problem);

    // 输出路径
    for (int i = 0; i < rrt.num_nodes; i++) {
        printf("(%lf, %lf)\n", rrt.nodes[path[i]].state.pos.x, rrt.nodes[path[i]].state.pos.y);
    }

    return 0;
}

以上是 C 语言实现 Informed-RRT* 算法的基本步骤，具体实现可以根据实际情况进行调整和优化。