用Java写一个限制每个状态的扩展不超过一次,允许次优解存在的带有权值迭代的Anytime repair Astar算法
时间: 2023-06-27 19:08:10 浏览: 40
以下是Java代码实现:
```java
public class AnytimeRepairAstar {
private final double weight; // 权值
private final int maxExpansion; // 每个状态的扩展次数上限
private final PriorityQueue<Node> openList; // OPEN表
private final Set<Node> closedList; // CLOSED表
private final Heuristic heuristic; // 启发式函数
public AnytimeRepairAstar(double weight, int maxExpansion, Heuristic heuristic) {
this.weight = weight;
this.maxExpansion = maxExpansion;
this.heuristic = heuristic;
this.openList = new PriorityQueue<>(new NodeComparator());
this.closedList = new HashSet<>();
}
public Node search(State startState) {
Node startNode = new Node(startState);
startNode.g = 0;
startNode.h = heuristic.estimate(startState);
startNode.f = startNode.g + weight * startNode.h;
openList.add(startNode);
while (!openList.isEmpty()) {
Node currentNode = openList.poll();
if (currentNode.state.isGoal()) {
return currentNode;
}
if (currentNode.expansionCount >= maxExpansion) {
continue;
}
closedList.add(currentNode);
List<Operator> operators = currentNode.state.getOperators();
for (Operator operator : operators) {
State nextState = operator.apply(currentNode.state);
Node nextNode = new Node(nextState);
nextNode.g = currentNode.g + operator.getCost();
nextNode.h = heuristic.estimate(nextState);
nextNode.f = nextNode.g + weight * nextNode.h;
if (closedList.contains(nextNode)) {
continue;
}
Node existingNode = findNodeInOpenList(nextNode);
if (existingNode == null) {
nextNode.parent = currentNode;
nextNode.expansionCount = currentNode.expansionCount + 1;
openList.add(nextNode);
} else if (nextNode.g < existingNode.g) {
existingNode.g = nextNode.g;
existingNode.h = nextNode.h;
existingNode.f = nextNode.f;
existingNode.parent = currentNode;
existingNode.expansionCount = currentNode.expansionCount + 1;
}
}
}
return null;
}
private Node findNodeInOpenList(Node node) {
for (Node openNode : openList) {
if (openNode.equals(node)) {
return openNode;
}
}
return null;
}
private static class Node {
private final State state;
private double g;
private double h;
private double f;
private Node parent;
private int expansionCount;
public Node(State state) {
this.state = state;
}
@Override
public boolean equals(Object o) {
if (this == o) return true;
if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
Node node = (Node) o;
return Objects.equals(state, node.state);
}
@Override
public int hashCode() {
return Objects.hash(state);
}
}
private static class NodeComparator implements Comparator<Node> {
@Override
public int compare(Node node1, Node node2) {
return Double.compare(node1.f, node2.f);
}
}
}
```
其中,`Node` 类表示搜索树中的节点,包含了状态、代价函数值 `f` 值、路径长度 `g` 值、启发式函数值 `h` 值、父节点、当前状态的扩展次数等信息。
`AnytimeRepairAstar` 类中的 `search` 方法实现了 Anytime Repair A* 算法。在每次迭代中,该算法会先从 OPEN 表中取出代价函数值最小的节点,然后将其加入 CLOSED 表。对于当前节点,如果其扩展次数已经达到了上限,则直接忽略。否则,对其可以应用的操作进行遍历,得到可能的下一个状态。然后,计算该状态的代价函数值,并判断其是否已经在 CLOSED 表中。若在,则跳过该状态。若不在,则需要在 OPEN 表中查找该状态的节点。如果不存在,则将新节点加入 OPEN 表;如果存在,比较新旧节点的代价函数值,如果新节点的代价函数值更小,则更新旧节点的代价函数值和父节点,并将其重新加入 OPEN 表。
注意,这里的 `weight` 参数控制了启发式函数的权值。当 `weight` 值为 1 时,相当于使用 A* 算法;当 `weight` 值大于 1 时,相当于更加注重启发式函数的估计值,可能导致搜索更多的节点,但可以得到更优的解。此外,`maxExpansion` 参数表示每个状态的扩展次数上限,可以控制算法的运行时间。