用c语言使用a星算法实现最短路径问题

以下是用C语言实现A*算法求解最短路径问题的示例代码。假设我们有一个地图，其中0表示障碍，1表示可通行的区域，S表示起点，E表示终点。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>

#define ROW 5
#define COL 5

typedef struct node {
    int x, y;  // 节点的坐标
    int f, g, h;  // f=g+h，g是起点到该节点的距离，h是该节点到终点的估价函数值
    struct node *parent;  // 父节点
} Node;

Node *open_list[ROW * COL];  // 开放列表
Node *close_list[ROW * COL];  // 关闭列表
int map[ROW][COL] = {
    {1, 1, 1, 0, 1},
    {0, 0, 1, 0, 1},
    {1, 1, 1, 0, 1},
    {1, 0, 0, 0, 1},
    {1, 1, 1, 1, 1}
};  // 地图

int get_h(int x, int y, int end_x, int end_y) {
    // 曼哈顿距离
    return abs(x - end_x) + abs(y - end_y);
}

bool is_valid(int x, int y) {
    if (x >= 0 && x < ROW && y >= 0 && y < COL && map[x][y] != 0) {
        return true;
    }
    return false;
}

bool is_in_list(Node **list, int len, Node *node) {
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        if (list[i]->x == node->x && list[i]->y == node->y) {
            return true;
        }
    }
    return false;
}

int get_index(Node **list, int len, Node *node) {
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        if (list[i]->x == node->x && list[i]->y == node->y) {
            return i;
        }
    }
    return -1;
}

void insert_node(Node **list, int *len, Node *node) {
    list[*len] = node;
    (*len)++;
}

void remove_node(Node **list, int *len, Node *node) {
    int index = get_index(list, *len, node);
    if (index == -1) {
        return;
    }
    for (int i = index; i < (*len) - 1; i++) {
        list[i] = list[i + 1];
    }
    (*len)--;
}

Node *get_lowest_f_node(Node **list, int len) {
    if (len == 0) {
        return NULL;
    }
    Node *lowest_f_node = list[0];
    for (int i = 1; i < len; i++) {
        if (list[i]->f < lowest_f_node->f) {
            lowest_f_node = list[i];
        }
    }
    return lowest_f_node;
}

void print_path(Node *end_node) {
    if (end_node == NULL) {
        return;
    }
    print_path(end_node->parent);
    printf("(%d,%d) ", end_node->x, end_node->y);
}

void a_star(int start_x, int start_y, int end_x, int end_y) {
    int open_len = 0, close_len = 0;
    Node *start_node = malloc(sizeof(Node));
    start_node->x = start_x;
    start_node->y = start_y;
    start_node->f = 0;
    start_node->g = 0;
    start_node->h = 0;
    start_node->parent = NULL;
    insert_node(open_list, &open_len, start_node);
    while (open_len > 0) {
        Node *curr_node = get_lowest_f_node(open_list, open_len);
        if (curr_node->x == end_x && curr_node->y == end_y) {
            printf("Path found: ");
            print_path(curr_node);
            printf("\n");
            return;
        }
        remove_node(open_list, &open_len, curr_node);
        insert_node(close_list, &close_len, curr_node);
        for (int i = -1; i <= 1; i++) {
            for (int j = -1; j <= 1; j++) {
                if (i == 0 && j == 0) {
                    continue;
                }
                int x = curr_node->x + i;
                int y = curr_node->y + j;
                if (!is_valid(x, y)) {
                    continue;
                }
                Node *adj_node = malloc(sizeof(Node));
                adj_node->x = x;
                adj_node->y = y;
                adj_node->g = curr_node->g + 1;
                adj_node->h = get_h(x, y, end_x, end_y);
                adj_node->f = adj_node->g + adj_node->h;
                adj_node->parent = curr_node;
                if (is_in_list(close_list, close_len, adj_node)) {
                    continue;
                }
                if (is_in_list(open_list, open_len, adj_node)) {
                    int index = get_index(open_list, open_len, adj_node);
                    if (open_list[index]->g > adj_node->g) {
                        open_list[index]->g = adj_node->g;
                        open_list[index]->f = adj_node->f;
                        open_list[index]->parent = curr_node;
                    }
                } else {
                    insert_node(open_list, &open_len, adj_node);
                }
            }
        }
    }
    printf("Path not found\n");
}

int main() {
    a_star(0, 0, 4, 4);
    return 0;
}

在上面的代码中，我们首先定义了一个Node结构体，包含节点的坐标、f值、g值、h值和父节点。然后定义了开放列表和关闭列表，以及地图。接着实现了A*算法的基本步骤，包括获取估价函数值、判断节点是否有效、判断节点是否在列表中、插入节点、删除节点、获取f值最小的节点、打印路径等。最后在main函数中调用a_star函数，传入起点和终点的坐标。

在本示例中，我们采用曼哈顿距离作为估价函数，也可以选择其他启发式函数。