informed-rrt*代码实现

时间: 2023-12-26 13:05:05 浏览: 289
RAR

informed_rrt_star_路径规划_

star5星 · 资源好评率100%
Informed-RRT* 是一种基于 RRT* 的路径规划算法,它在 RRT* 的基础上引入一个启发式函数来指导 RRT* 的生长方向,从而使得算法更加高效和优化。下面是 Informed-RRT* 的代码实现: ``` import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import math class Node: def __init__(self, x, y): self.x = x self.y = y self.parent = None self.cost = 0.0 class RRTStar: def __init__(self, start, goal, obstacleList, randArea, expandDis=0.5, goalSampleRate=20, maxIter=500): self.start = Node(start[0], start[1]) self.goal = Node(goal[0], goal[1]) self.minrand = randArea[0] self.maxrand = randArea[1] self.expandDis = expandDis self.goalSampleRate = goalSampleRate self.maxIter = maxIter self.obstacleList = obstacleList self.nodeList = [self.start] def planning(self): for i in range(self.maxIter): rnd = self.get_random_point() nearestInd = self.get_nearest_node_index(self.nodeList, rnd) nearestNode = self.nodeList[nearestInd] newNode = self.steer(nearestNode, rnd, self.expandDis) if self.check_collision(newNode, self.obstacleList): nearInds = self.find_near_nodes(newNode) newNode = self.choose_parent(newNode, nearInds) if newNode: self.nodeList.append(newNode) self.rewire(newNode, nearInds) if i % 5 == 0: self.try_goal_path() lastIndex = self.search_best_goal_node() if lastIndex is None: return None path = self.get_final_path(lastIndex) return path def steer(self, fromNode, toNode, extendLength=float("inf")): newnode = Node(fromNode.x, fromNode.y) dis, angle = self.get_distance_and_angle(newnode, toNode) newnode.cost = fromNode.cost + dis if extendLength > dis: extendLength = dis newnode.x += extendLength * math.cos(angle) newnode.y += extendLength * math.sin(angle) newnode.parent = fromNode return newnode def choose_parent(self, newNode, nearInds): if not nearInds: return None costs = [] for i in nearInds: nearNode = self.nodeList[i] tNode = self.steer(nearNode, newNode) if tNode and self.check_collision(tNode, self.obstacleList): costs.append(nearNode.cost + self.get_distance_and_angle(nearNode, newNode)[0]) else: costs.append(float("inf")) minCost = min(costs) if minCost == float("inf"): return None minInd = nearInds[costs.index(minCost)] newNode.cost = minCost newNode.parent = self.nodeList[minInd] return newNode def rewire(self, newNode, nearInds): for i in nearInds: nearNode = self.nodeList[i] tNode = self.steer(newNode, nearNode) if tNode and self.check_collision(tNode, self.obstacleList): nearCost = newNode.cost + self.get_distance_and_angle(newNode, nearNode)[0] if nearCost < nearNode.cost: nearNode.parent = newNode nearNode.cost = nearCost def search_best_goal_node(self): dist_to_goal_list = [self.get_distance_and_angle(n, self.goal)[0] for n in self.nodeList] goal_inds = [dist_to_goal_list.index(i) for i in dist_to_goal_list if i <= self.expandDis] safe_goal_inds = [ind for ind in goal_inds if self.check_collision(self.nodeList[ind], self.obstacleList)] if not safe_goal_inds: return None minCost = min([self.nodeList[ind].cost for ind in safe_goal_inds]) for ind in safe_goal_inds: if self.nodeList[ind].cost == minCost: return ind return None def find_near_nodes(self, newNode): n = len(self.nodeList) + 1 r = min(self.expandDis * math.sqrt((math.log(n) / n)), self.expandDis) dist_list = [(node.x - newNode.x) ** 2 + (node.y - newNode.y) ** 2 for node in self.nodeList] near_inds = [dist_list.index(i) for i in dist_list if i <= r ** 2] return near_inds def check_collision(self, node, obstacleList): for obs in obstacleList: if math.hypot(node.x - obs[0], node.y - obs[1]) <= obs[2]: return False return True def get_random_point(self): if np.random.randint(0, 100) > self.goalSampleRate: rand = [np.random.uniform(self.minrand, self.maxrand), np.random.uniform(self.minrand, self.maxrand)] else: rand = [self.goal.x, self.goal.y] return rand def get_nearest_node_index(self, nodeList, rnd): dlist = [(node.x - rnd[0]) ** 2 + (node.y - rnd[1]) ** 2 for node in nodeList] minIndex = dlist.index(min(dlist)) return minIndex def get_distance_and_angle(self, fromNode, toNode): dx = toNode.x - fromNode.x dy = toNode.y - fromNode.y return math.hypot(dx, dy), math.atan2(dy, dx) def try_goal_path(self): lastIndex = self.search_best_goal_node() if lastIndex is None: return False path = self.get_final_path(lastIndex) if path is None: return False dist_to_goal = self.get_distance_and_angle(self.nodeList[lastIndex], self.goal)[0] if dist_to_goal <= self.expandDis: return True return False def get_final_path(self, lastIndex): path = [] while self.nodeList[lastIndex].parent is not None: node = self.nodeList[lastIndex] path.append([node.x, node.y]) lastIndex = self.nodeList.index(node.parent) path.append([self.start.x, self.start.y]) return path ``` 在代码中,Node 类表示树中的一个节点,包含节点的坐标、父节点、以及到起点的代价 cost。RRTStar 类是整个算法的实现,包括路径规划的主要流程、启发式函数的计算以及树的生长和更新等。具体来说,算法主要分为以下几个步骤: 1. 初始化:设置起点、终点、随机采样区域、最大迭代次数、扩展步长等参数,创建一个包含起点的节点列表。 2. 随机采样:以一定概率在终点和随机采样区域中进行随机采样,得到一个随机点。 3. 最近邻节点:从节点列表中找到距离随机点最近的节点,作为新节点的父节点。 4. 扩展节点:将新节点从父节点处按照设定的步长扩展,得到一个新节点。 5. 碰撞检测:判断新节点是否与障碍物相撞,若碰撞,则跳过此节点。 6. 选择父节点:在新节点的周围一定距离内,选择一个代价最小的节点作为其父节点。 7. 更新代价:对于每个新节点的父节点,计算更新其代价。 8. 搜索最优路径:找到距离终点在一定范围内的所有节点,并计算它们到终点的代价,选择代价最小的节点作为最终目标节点。 9. 获取最终路径:从最终目标节点开始,沿着节点的父节点指针一直遍历到起点,得到最终路径。 在算法实现中,为了提高算法效率,增加了一些优化措施,如限制随机采样和碰撞检测的频率、使用启发式函数引导树的生长等。此外,要注意在实现碰撞检测时,需要将障碍物表示为圆形,判断节点是否与障碍物相撞时,需要计算节点与圆心之间的距离是否小于半径。
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