用Java实现可以重用搜索结果的权值迭代的允许次优解的Anytime repair Astar算法

时间: 2023-06-27 11:08:16 浏览: 51
任意修复A*(Anytime Repair A*,简称ARA*)是一种启发式搜索算法,可以在有限时间内找到最短路径的近似解。它使用了一种称为“任意修复”的技术,可以在搜索过程中重用之前搜索的结果,从而加速搜索过程。 以下是Java实现的ARA*算法,其中包括了允许次优解的权值迭代。 ```java import java.util.*; public class ARAStar { private final int[][] graph; private final int rows, cols; private final int startRow, startCol, endRow, endCol; private final double weight; private final double heuristicWeight; private final double epsilon; private double currentEpsilon; private final PriorityQueue<Node> openList; private final Map<Node, Double> gScores; private final Map<Node, Double> fScores; private final Map<Node, Node> cameFrom; public ARAStar(int[][] graph, int startRow, int startCol, int endRow, int endCol, double weight, double heuristicWeight, double epsilon) { this.graph = graph; this.rows = graph.length; this.cols = graph[0].length; this.startRow = startRow; this.startCol = startCol; this.endRow = endRow; this.endCol = endCol; this.weight = weight; this.heuristicWeight = heuristicWeight; this.epsilon = epsilon; this.currentEpsilon = epsilon; Comparator<Node> comparator = Comparator.comparingDouble((Node node) -> fScores.get(node)); openList = new PriorityQueue<>(comparator); gScores = new HashMap<>(); fScores = new HashMap<>(); cameFrom = new HashMap<>(); Node startNode = new Node(startRow, startCol); gScores.put(startNode, 0.0); fScores.put(startNode, currentEpsilon * heuristic(startNode)); openList.add(startNode); } public List<Node> search() { while (!openList.isEmpty()) { Node current = openList.poll(); if (current.row == endRow && current.col == endCol) { return reconstructPath(current); } if (fScores.get(current) > currentEpsilon * gScores.getOrDefault(current, Double.MAX_VALUE)) { openList.add(current); continue; } for (Node neighbor : getNeighbors(current)) { double tentativeGScore = gScores.get(current) + getCost(current, neighbor); if (tentativeGScore < gScores.getOrDefault(neighbor, Double.MAX_VALUE)) { cameFrom.put(neighbor, current); gScores.put(neighbor, tentativeGScore); fScores.put(neighbor, currentEpsilon * tentativeGScore + heuristicWeight * heuristic(neighbor)); if (!openList.contains(neighbor)) { openList.add(neighbor); } } } } return null; } private List<Node> reconstructPath(Node current) { List<Node> path = new ArrayList<>(); path.add(current); while (cameFrom.containsKey(current)) { current = cameFrom.get(current); path.add(0, current); } return path; } private double getCost(Node node1, Node node2) { return weight * graph[node2.row][node2.col]; } private double heuristic(Node node) { return Math.sqrt(Math.pow(node.row - endRow, 2) + Math.pow(node.col - endCol, 2)); } private List<Node> getNeighbors(Node node) { List<Node> neighbors = new ArrayList<>(); if (node.row > 0) { neighbors.add(new Node(node.row - 1, node.col)); } if (node.row < rows - 1) { neighbors.add(new Node(node.row + 1, node.col)); } if (node.col > 0) { neighbors.add(new Node(node.row, node.col - 1)); } if (node.col < cols - 1) { neighbors.add(new Node(node.row, node.col + 1)); } return neighbors; } public List<Node> findPath() { List<Node> path = null; while (path == null) { path = search(); currentEpsilon += epsilon; } return path; } static class Node { final int row, col; public Node(int row, int col) { this.row = row; this.col = col; } @Override public boolean equals(Object o) { if (this == o) return true; if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false; Node node = (Node) o; return row == node.row && col == node.col; } @Override public int hashCode() { return Objects.hash(row, col); } } } ``` 在这个实现中,我们将节点表示为一个简单的包含行和列坐标的类。我们使用了一个优先队列来存储开放列表,其中节点按照f值排序。我们还使用了三个Map来存储g值、f值和每个节点的祖先节点。 在ARA*算法中,我们每次增加ε的值,直到找到一条路径或者搜索完成。我们使用currentEpsilon来存储当前的ε值,并在每次搜索之前将其设置为epsilon。重用之前搜索的结果的技术通过在fScores中存储当前ε值的乘积来实现。 在搜索过程中,我们首先从openList中取出f值最小的节点。如果其f值大于当前ε值下节点的g值和h值之和,则我们将其放回openList中,并继续搜索下一个节点。否则,我们将其标记为已访问,并检查其所有邻居节点。如果某个邻居节点的g值可以通过当前节点获得更小的值,则我们将其更新为新的g值和f值,并将其添加到openList中。 一旦我们找到了终点,我们可以通过追溯每个节点的祖先节点来重建路径。 这就是Java实现的ARA*算法。希望这可以帮助你理解如何在Java中实现这种算法。

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