ARAstar java实现

时间: 2023-10-14 15:18:58 浏览: 34
ARA*(Anytime Repairing A*)是 A* 算法的一种改进,可以在保证最优解的情况下尽可能快地找到一个解,同时还可以在有更多时间时继续优化这个解。 下面是 ARA* 的 Java 实现: ```java public class ARAStar { private final double epsilon; // 节点评估值系数 private final HeuristicFunction heuristicFunction; // 启发式函数 private final Map<Node, Double> gCosts; // 节点到起点的实际代价 private final Map<Node, Double> rhsCosts; // 节点到终点的实际代价 private final PriorityQueue<Node> openList; // 开放列表 private final Set<Node> closedList; // 封闭列表 public ARAStar(double epsilon, HeuristicFunction heuristicFunction) { this.epsilon = epsilon; this.heuristicFunction = heuristicFunction; this.gCosts = new HashMap<>(); this.rhsCosts = new HashMap<>(); this.openList = new PriorityQueue<>(Comparator.comparingDouble(this::getF)); this.closedList = new HashSet<>(); } public List<Node> search(Node start, Node goal) { initialize(start, goal); while (!openList.isEmpty() && getF(openList.peek()) < getF(goal)) { Node current = openList.poll(); closedList.add(current); if (isGoal(current, goal)) { return reconstructPath(start, goal); } updateVertex(current, goal); for (Node neighbor : current.getNeighbors()) { if (!closedList.contains(neighbor)) { updateVertex(neighbor, goal); if (!openList.contains(neighbor)) { openList.offer(neighbor); } } } } return reconstructPath(start, goal); } private void initialize(Node start, Node goal) { gCosts.clear(); rhsCosts.clear(); openList.clear(); closedList.clear(); gCosts.put(start, 0.0); rhsCosts.put(start, heuristicFunction.estimate(start, goal)); openList.offer(start); } private double getF(Node node) { return Math.min(gCosts.get(node), rhsCosts.get(node)) + epsilon * heuristicFunction.estimate(node, getGoal()); } private boolean isGoal(Node node, Node goal) { return node.equals(goal); } private void updateVertex(Node node, Node goal) { if (node.equals(goal)) { return; } double g = getMinG(node); gCosts.put(node, g); if (openList.contains(node)) { openList.remove(node); } if (!isConsistent(node)) { rhsCosts.put(node, g + heuristicFunction.estimate(node, goal)); } if (openList.contains(node)) { openList.offer(node); } } private double getMinG(Node node) { return node.getNeighbors().stream() .mapToDouble(neighbor -> gCosts.getOrDefault(neighbor, Double.POSITIVE_INFINITY) + node.getCost(neighbor)) .min().orElse(Double.POSITIVE_INFINITY); } private boolean isConsistent(Node node) { return rhsCosts.get(node).equals(gCosts.get(node)); } private List<Node> reconstructPath(Node start, Node goal) { List<Node> path = new ArrayList<>(); Node current = goal; while (!current.equals(start)) { path.add(current); current = current.getParent(); } path.add(start); Collections.reverse(path); return path; } private Node getGoal() { return rhsCosts.entrySet().stream() .min(Map.Entry.comparingByValue()) .map(Map.Entry::getKey) .orElseThrow(IllegalStateException::new); } } ``` 其中,`Node` 类表示图中的节点,`HeuristicFunction` 接口表示启发式函数,其 `estimate` 方法用于估计节点到目标节点的代价。 使用时,可以先定义一个 `HeuristicFunction` 实现类: ```java public class EuclideanDistance implements HeuristicFunction { @Override public double estimate(Node node, Node goal) { double dx = node.getX() - goal.getX(); double dy = node.getY() - goal.getY(); return Math.sqrt(dx * dx + dy * dy); } } ``` 然后,可以使用以下代码进行搜索: ```java ARAStar araStar = new ARAStar(1.0, new EuclideanDistance()); List<Node> path = araStar.search(startNode, goalNode); ``` 其中,第一个参数是节点评估值系数,第二个参数是启发式函数。`search` 方法返回搜索结果路径。

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