ARAstar java实现

时间: 2023-07-15 16:12:59 浏览: 36
ARA*算法是一种启发式搜索算法,用于在图形搜索中寻找最短路径。其算法流程如下: 1.初始化:将起点加入OPEN列表中,将终点加入CLOSED列表中。 2.重复以下步骤,直到找到一条路径或者确定没有路径: a.从OPEN列表中选取f值最低的节点n。 b.将n从OPEN列表中删除,并将其加入CLOSED列表中。 c.如果n为终点,则返回路径。 d.否则,对n的所有邻居进行以下操作: i.如果邻居在CLOSED列表中,则忽略它。 ii.如果邻居不在OPEN列表中,则将其加入OPEN列表,并计算其f值、g值、h值。 iii.如果邻居已经在OPEN列表中,计算其新的g值。如果新的g值更优,则更新其父节点为n,并重新计算该节点的f值、g值、h值。 3.如果OPEN列表为空,则不存在路径。 下面是一个Java实现的示例代码: ``` import java.util.*; public class ARAstar { private final double heuristicWeight; private final int maxIterations; private final double epsilon; public ARAstar(double heuristicWeight, int maxIterations, double epsilon) { this.heuristicWeight = heuristicWeight; this.maxIterations = maxIterations; this.epsilon = epsilon; } public List<Node> search(Node start, Node goal, Map<Node, List<Edge>> graph) { Map<Node, Double> gValues = new HashMap<>(); Map<Node, Double> fValues = new HashMap<>(); Map<Node, Node> parents = new HashMap<>(); PriorityQueue<Node> openList = new PriorityQueue<>(Comparator.comparingDouble(fValues::get)); Set<Node> closedList = new HashSet<>(); gValues.put(start, 0.0); fValues.put(start, heuristicWeight * start.heuristic(goal)); openList.offer(start); for (int i = 0; i < maxIterations; i++) { if (openList.isEmpty()) { break; } Node current = openList.poll(); if (current.equals(goal)) { return reconstructPath(current, parents); } closedList.add(current); for (Edge edge : graph.getOrDefault(current, Collections.emptyList())) { Node neighbor = edge.dest; if (closedList.contains(neighbor)) { continue; } double tentativeG = gValues.get(current) + edge.cost; double tentativeF = tentativeG + epsilon * neighbor.heuristic(goal); if (!openList.contains(neighbor)) { openList.offer(neighbor); } else if (tentativeF >= fValues.get(neighbor)) { continue; } parents.put(neighbor, current); gValues.put(neighbor, tentativeG); fValues.put(neighbor, tentativeF); openList.remove(neighbor); openList.offer(neighbor); } } return Collections.emptyList(); } private List<Node> reconstructPath(Node current, Map<Node, Node> parents) { List<Node> path = new ArrayList<>(); while (current != null) { path.add(current); current = parents.get(current); } Collections.reverse(path); return path; } } class Node { public final int x; public final int y; public Node(int x, int y) { this.x = x; this.y = y; } public double heuristic(Node other) { return Math.sqrt((x - other.x) * (x - other.x) + (y - other.y) * (y - other.y)); } @Override public boolean equals(Object obj) { if (obj == this) { return true; } if (!(obj instanceof Node)) { return false; } Node other = (Node) obj; return x == other.x && y == other.y; } @Override public int hashCode() { return Objects.hash(x, y); } } class Edge { public final Node dest; public final double cost; public Edge(Node dest, double cost) { this.dest = dest; this.cost = cost; } } //Example usage public class Main { public static void main(String[] args) { Node start = new Node(0, 0); Node goal = new Node(10, 10); Map<Node, List<Edge>> graph = new HashMap<>(); graph.put(new Node(0, 0), Arrays.asList(new Edge(new Node(0, 1), 1), new Edge(new Node(1, 0), 1))); graph.put(new Node(0, 1), Arrays.asList(new Edge(new Node(0, 0), 1), new Edge(new Node(0, 2), 1))); graph.put(new Node(0, 2), Arrays.asList(new Edge(new Node(0, 1), 1), new Edge(new Node(1, 2), 1))); graph.put(new Node(1, 0), Arrays.asList(new Edge(new Node(0, 0), 1), new Edge(new Node(2, 0), 1))); graph.put(new Node(1, 2), Arrays.asList(new Edge(new Node(0, 2), 1), new Edge(new Node(2, 2), 1))); graph.put(new Node(2, 0), Arrays.asList(new Edge(new Node(1, 0), 1), new Edge(new Node(2, 1), 1))); graph.put(new Node(2, 1), Arrays.asList(new Edge(new Node(2, 0), 1), new Edge(new Node(2, 2), 1), new Edge(new Node(3, 1), 1))); graph.put(new Node(2, 2), Arrays.asList(new Edge(new Node(1, 2), 1), new Edge(new Node(2, 1), 1), new Edge(new Node(3, 2), 1))); graph.put(new Node(3, 1), Arrays.asList(new Edge(new Node(2, 1), 1), new Edge(new Node(3, 2), 1))); graph.put(new Node(3, 2), Arrays.asList(new Edge(new Node(2, 2), 1), new Edge(new Node(3, 1), 1), new Edge(new Node(4, 2), 1))); graph.put(new Node(4, 2), Arrays.asList(new Edge(new Node(3, 2), 1), new Edge(new Node(4, 1), 1), new Edge(new Node(5, 2), 1))); graph.put(new Node(4, 1), Arrays.asList(new Edge(new Node(4, 2), 1), new Edge(new Node(4, 0), 1))); graph.put(new Node(4, 0), Arrays.asList(new Edge(new Node(4, 1), 1), new Edge(new Node(5, 0), 1))); graph.put(new Node(5, 0), Arrays.asList(new Edge(new Node(4, 0), 1), new Edge(new Node(6, 0), 1))); graph.put(new Node(6, 0), Arrays.asList(new Edge(new Node(5, 0), 1), new Edge(new Node(6, 1), 1))); graph.put(new Node(6, 1), Arrays.asList(new Edge(new Node(6, 0), 1), new Edge(new Node(7, 1), 1))); graph.put(new Node(7, 1), Arrays.asList(new Edge(new Node(6, 1), 1), new Edge(new Node(8, 1), 1))); graph.put(new Node(8, 1), Arrays.asList(new Edge(new Node(7, 1), 1), new Edge(new Node(9, 1), 1))); graph.put(new Node(9, 1), Arrays.asList(new Edge(new Node(8, 1), 1), new Edge(new Node(10, 1), 1))); graph.put(new Node(10, 1), Arrays.asList(new Edge(new Node(9, 1), 1), new Edge(new Node(10, 2), 1), new Edge(new Node(10, 0), 1))); graph.put(new Node(10, 2), Arrays.asList(new Edge(new Node(10, 1), 1), new Edge(new Node(10, 3), 1))); graph.put(new Node(10, 3), Arrays.asList(new Edge(new Node(10, 2), 1), new Edge(new Node(10, 4), 1))); graph.put(new Node(10, 4), Arrays.asList(new Edge(new Node(10, 3), 1), new Edge(new Node(10, 5), 1))); graph.put(new Node(10, 5), Arrays.asList(new Edge(new Node(10, 4), 1), new Edge(new Node(10, 6), 1))); graph.put(new Node(10, 6), Arrays.asList(new Edge(new Node(10, 5), 1), new Edge(new Node(10, 7), 1))); graph.put(new Node(10, 7), Arrays.asList(new Edge(new Node(10, 6), 1), new Edge(new Node(10, 8), 1))); graph.put(new Node(10, 8), Arrays.asList(new Edge(new Node(10, 7), 1), new Edge(new Node(10, 9), 1))); graph.put(new Node(10, 9), Arrays.asList(new Edge(new Node(10, 8), 1), new Edge(new Node(10, 10), 1))); graph.put(new Node(10, 10), Arrays.asList(new Edge(new Node(10, 9), 1))); ARAstar araStar = new ARAstar(1.0, 1000, 1.0); List<Node> path = araStar.search(start, goal, graph); for (Node node : path) { System.out.print("(" + node.x + ", " + node.y + ") -> "); } System.out.println("done"); } } ```

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