matlab中的三维A*算法

时间: 2023-12-04 10:58:22 浏览: 40
三维A*算法是一种用于在三维空间中搜索最短路径的算法。它基于A*算法,但需要考虑第三个维度(高度)的影响。以下是一个简单的Matlab实现: 首先,定义节点类: ```matlab classdef Node properties x; % x坐标 y; % y坐标 z; % z坐标 g; % 起点到该节点的实际代价 h; % 该节点到终点的预估代价 f; % f = g + h parent; % 父节点 is_obstacle; % 是否为障碍物 end methods function node = Node(x, y, z, is_obstacle) node.x = x; node.y = y; node.z = z; node.g = Inf; node.h = Inf; node.f = Inf; node.parent = []; node.is_obstacle = is_obstacle; end function node = set_g(node, g) node.g = g; node.f = node.g + node.h; end function node = set_h(node, h) node.h = h; node.f = node.g + node.h; end function cost = get_cost(node, other_node) % 计算两个节点之间的代价 dx = abs(node.x - other_node.x); dy = abs(node.y - other_node.y); dz = abs(node.z - other_node.z); if dx > dy temp = dx; dx = dy; dy = temp; end if dy > dz temp = dy; dy = dz; dz = temp; end cost = sqrt(3)*dx + sqrt(2)*(dy-dx) + (dz-dy); end function bool = is_equal(node, other_node) bool = (node.x == other_node.x) && (node.y == other_node.y) && (node.z == other_node.z); end end end ``` 然后,定义一个三维A*搜索类: ```matlab classdef AStar3D properties start_node; % 起点 end_node; % 终点 open_list; % 开放列表(未遍历的节点) closed_list; % 封闭列表(已遍历的节点) nodes; % 所有节点的列表 grid_size; % 网格大小(x, y, z) resolution; % 分辨率 obstacles; % 障碍物 end methods function astar = AStar3D(grid_size, resolution) astar.grid_size = grid_size; astar.resolution = resolution; astar.obstacles = false(grid_size); astar.nodes = cell(grid_size); for x = 1:grid_size(1) for y = 1:grid_size(2) for z = 1:grid_size(3) astar.nodes{x,y,z} = Node(x, y, z, astar.obstacles(x,y,z)); end end end end function astar = set_obstacle(astar, x, y, z, is_obstacle) astar.obstacles(x,y,z) = is_obstacle; astar.nodes{x,y,z}.is_obstacle = is_obstacle; end function astar = set_start(astar, x, y, z) astar.start_node = astar.nodes{x,y,z}; end function astar = set_end(astar, x, y, z) astar.end_node = astar.nodes{x,y,z}; end function path = find_path(astar) % 初始化起点 astar.start_node.g = 0; astar.start_node.h = astar.start_node.get_cost(astar.end_node); astar.start_node.f = astar.start_node.h; astar.open_list = [astar.start_node]; astar.closed_list = []; while ~isempty(astar.open_list) % 从开放列表中取出代价最小的节点 current_node = astar.open_list(1); for i = 1:length(astar.open_list) if astar.open_list(i).f < current_node.f current_node = astar.open_list(i); end end % 如果当前节点为终点,则返回路径 if current_node.is_equal(astar.end_node) path = astar.get_path(current_node); return; end % 从开放列表中移除当前节点,并加入封闭列表中 astar.open_list = setdiff(astar.open_list, current_node); astar.closed_list = [astar.closed_list, current_node]; % 遍历当前节点的所有相邻节点 neighbors = astar.get_neighbors(current_node); for i = 1:length(neighbors) neighbor = neighbors(i); % 如果相邻节点已在封闭列表中,则跳过 if ismember(neighbor, astar.closed_list) continue; end % 计算从起点到该相邻节点的代价 tentative_g = current_node.g + current_node.get_cost(neighbor); % 如果相邻节点不在开放列表中,或者从起点到该相邻节点的代价更小 if ~ismember(neighbor, astar.open_list) || tentative_g < neighbor.g % 更新相邻节点的代价 neighbor.parent = current_node; neighbor = neighbor.set_g(tentative_g); neighbor = neighbor.set_h(neighbor.get_cost(astar.end_node)); % 如果相邻节点不在开放列表中,则加入开放列表中 if ~ismember(neighbor, astar.open_list) astar.open_list = [astar.open_list, neighbor]; end end end end % 如果开放列表为空且未找到路径,则返回空 path = []; end function path = get_path(astar, node) % 返回从起点到指定节点的路径 path = [node]; while ~isempty(node.parent) node = node.parent; path = [node, path]; end end function neighbors = get_neighbors(astar, node) % 返回当前节点的所有相邻节点 neighbors = []; for x = -1:1 for y = -1:1 for z = -1:1 if x == 0 && y == 0 && z == 0 continue; end neighbor_x = node.x + x; neighbor_y = node.y + y; neighbor_z = node.z + z; if neighbor_x < 1 || neighbor_x > astar.grid_size(1) || ... neighbor_y < 1 || neighbor_y > astar.grid_size(2) || ... neighbor_z < 1 || neighbor_z > astar.grid_size(3) continue; end neighbor = astar.nodes{neighbor_x, neighbor_y, neighbor_z}; if neighbor.is_obstacle continue; end neighbors = [neighbors, neighbor]; end end end end function plot_path(astar, path) % 绘制路径 [x,y,z] = meshgrid(1:astar.grid_size(1), 1:astar.grid_size(2), 1:astar.grid_size(3)); figure; scatter3(x(astar.obstacles), y(astar.obstacles), z(astar.obstacles), 'k', 'filled'); hold on; scatter3(astar.start_node.x, astar.start_node.y, astar.start_node.z, 'r', 'filled'); scatter3(astar.end_node.x, astar.end_node.y, astar.end_node.z, 'g', 'filled'); for i = 1:length(path)-1 plot3([path(i).x, path(i+1).x], [path(i).y, path(i+1).y], [path(i).z, path(i+1).z], 'b', 'LineWidth', 2); end axis equal; xlabel('x'); ylabel('y'); zlabel('z'); end end end ``` 最后,使用以下代码创建一个AStar3D对象,设置起点、终点、障碍物,并搜索路径: ```matlab grid_size = [10, 10, 10]; resolution = 1; astar = AStar3D(grid_size, resolution); astar.set_start(1, 1, 1); astar.set_end(10, 10, 10); astar.set_obstacle(3, 3, 3, true); astar.set_obstacle(4, 3, 3, true); astar.set_obstacle(5, 3, 3, true); path = astar.find_path(); astar.plot_path(path); ```

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