用Java实现带有ImprovePath函数的重用搜索结果的ARAstar算法

时间: 2023-07-16 21:12:48 浏览: 44
ARA*算法(Anytime Repairing A*)是一种基于A*算法的启发式搜索算法,用于解决最短路径问题。它通过逐步减小阈值来进行搜索,每次搜索都会返回一条路径,并且可以在任何时候停止搜索并返回当前找到的最佳路径。在搜索过程中,如果发现更好的路径,ARA*算法会重新展开节点以更新路径。 在实现带有ImprovePath函数的重用搜索结果的ARA*算法时,我们需要考虑以下几个步骤: 1. 创建一个节点类(Node),包含节点的状态、父节点、g值、h值和f值等信息。 2. 创建一个OpenList类,用于存储待扩展的节点,并使用二叉堆(BinaryHeap)来实现最小堆。 3. 创建一个CloseList类,用于存储已经扩展过的节点,并使用HashMap来实现快速查找。 4. 实现A*算法的核心函数,包括计算启发式函数h()、计算代价函数g()、计算估价函数f()、扩展节点、更新OpenList以及更新CloseList等操作。 5. 实现ImprovePath函数,用于在搜索过程中重用已经搜索过的节点,并对新的路径进行优化。 下面给出Java代码实现: ```java import java.util.*; public class Node { public int[][] state; public int cost; public Node parent; public int f; public Node(int[][] s, int c) { state = s; cost = c; parent = null; f = 0; } } class OpenList { private BinaryHeap<Node> heap; public OpenList() { heap = new BinaryHeap<>(); } public boolean isEmpty() { return heap.isEmpty(); } public void add(Node node) { heap.add(node); } public Node remove() { return heap.remove(); } public void update(Node node) { heap.update(node); } } class CloseList { private HashMap<String, Node> map; public CloseList() { map = new HashMap<>(); } public boolean contains(String key) { return map.containsKey(key); } public void add(Node node) { map.put(Arrays.deepToString(node.state), node); } public Node get(String key) { return map.get(key); } } public class ARAstar { private int[][] goal; private int[][] start; private int n; private int m; private OpenList openList; private CloseList closeList; private int threshold; private int minCost; public ARAstar(int[][] s, int[][] g) { start = s; goal = g; n = start.length; m = start[0].length; openList = new OpenList(); closeList = new CloseList(); threshold = 0; minCost = Integer.MAX_VALUE; } public int[][] search() { Node node = new Node(start, 0); node.f = h(node); openList.add(node); while (!openList.isEmpty()) { node = openList.remove(); if (Arrays.deepEquals(node.state, goal)) { return node.state; } closeList.add(node); expand(node); } return null; } private void expand(Node node) { int[][] state = node.state; int cost = node.cost; int g = cost; for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < m; j++) { if (state[i][j] == 0) { continue; } int[][] newState = move(state, i, j); if (newState == null) { continue; } Node newNode = closeList.get(Arrays.deepToString(newState)); if (newNode != null) { if (newNode.cost > g + 1) { newNode.parent = node; newNode.cost = g + 1; newNode.f = newNode.cost + h(newNode); if (openList.contains(newNode)) { openList.update(newNode); } else { openList.add(newNode); } } } else { newNode = new Node(newState, g + 1); newNode.parent = node; newNode.f = newNode.cost + h(newNode); openList.add(newNode); } } } } private int[][] move(int[][] state, int i, int j) { int[][] newState = new int[n][m]; for (int k = 0; k < n; k++) { System.arraycopy(state[k], 0, newState[k], 0, m); } if (i > 0 && newState[i - 1][j] == 0) { newState[i - 1][j] = newState[i][j]; newState[i][j] = 0; return newState; } if (i < n - 1 && newState[i + 1][j] == 0) { newState[i + 1][j] = newState[i][j]; newState[i][j] = 0; return newState; } if (j > 0 && newState[i][j - 1] == 0) { newState[i][j - 1] = newState[i][j]; newState[i][j] = 0; return newState; } if (j < m - 1 && newState[i][j + 1] == 0) { newState[i][j + 1] = newState[i][j]; newState[i][j] = 0; return newState; } return null; } private int h(Node node) { int[][] state = node.state; int cost = node.cost; int h = 0; for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < m; j++) { if (state[i][j] == 0) { continue; } int di = Math.abs(i - (state[i][j] - 1) / m); int dj = Math.abs(j - (state[i][j] - 1) % m); h += di + dj; } } return h; } private void ImprovePath(Node node, int threshold) { int f = node.cost + h(node); if (f > threshold) { minCost = Math.min(minCost, f); return; } if (Arrays.deepEquals(node.state, goal)) { minCost = node.cost; return; } int[][] state = node.state; int cost = node.cost; for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < m; j++) { if (state[i][j] == 0) { continue; } int[][] newState = move(state, i, j); if (newState == null) { continue; } Node newNode = closeList.get(Arrays.deepToString(newState)); if (newNode != null) { if (newNode.cost > cost + 1) { newNode.parent = node; newNode.cost = cost + 1; ImprovePath(newNode, threshold); } } else { newNode = new Node(newState, cost + 1); newNode.parent = node; ImprovePath(newNode, threshold); } } } } public int[][] ARAstarSearch() { int[][] result = null; while (true) { result = search(); if (result != null) { return result; } if (minCost == Integer.MAX_VALUE) { return null; } threshold = minCost; minCost = Integer.MAX_VALUE; closeList = new CloseList(); Node node = new Node(start, 0); node.f = h(node); openList.add(node); while (!openList.isEmpty()) { node = openList.remove(); if (node.cost + h(node) > threshold) { minCost = Math.min(minCost, node.cost + h(node)); break; } if (Arrays.deepEquals(node.state, goal)) { return node.state; } closeList.add(node); expand(node); } while (!openList.isEmpty()) { Node node1 = openList.remove(); ImprovePath(node1, threshold); if (minCost == threshold) { break; } } } } } ``` 以上就是用Java实现带有ImprovePath函数的重用搜索结果的ARAstar算法的方法。

相关推荐

最新推荐

recommend-type

使用FPGA实现复杂数学函数的计算

越来越多的关键应用都对精确性和...FPGA的灵活性和性能使得它们广泛应用在工业、科学以及其他的许多应用场合中,来计算复杂的数学问题或者传递函数,有许多算法,比如CORDIC算法,可以用来做为超越函数的计算处理模块。
recommend-type

python 遗传算法求函数极值的实现代码

今天小编就为大家分享一篇python 遗传算法求函数极值的实现代码,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
recommend-type

利用python实现PSO算法优化二元函数

主要介绍了python实现PSO算法优化二元函数的代码,非常不错,具有一定的参考借鉴价值,需要的朋友可以参考下
recommend-type

Java自定义函数调用方法解析

主要介绍了java自定义函数调用方法解析,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下
recommend-type

Java 8 Function函数式接口及函数式接口实例

函数式接口(Functional Interface)就是一个有且仅有一个抽象方法,但是可以有多个非抽象方法的接口。接下来通过本文给大家介绍Java 8 Function函数式接口及函数式接口实例代码,需要的朋友可以参考下
recommend-type

zigbee-cluster-library-specification

最新的zigbee-cluster-library-specification说明文档。
recommend-type

管理建模和仿真的文件

管理Boualem Benatallah引用此版本:布阿利姆·贝纳塔拉。管理建模和仿真。约瑟夫-傅立叶大学-格勒诺布尔第一大学,1996年。法语。NNT:电话:00345357HAL ID:电话:00345357https://theses.hal.science/tel-003453572008年12月9日提交HAL是一个多学科的开放存取档案馆,用于存放和传播科学研究论文,无论它们是否被公开。论文可以来自法国或国外的教学和研究机构,也可以来自公共或私人研究中心。L’archive ouverte pluridisciplinaire
recommend-type

MATLAB柱状图在信号处理中的应用:可视化信号特征和频谱分析

![matlab画柱状图](https://img-blog.csdnimg.cn/3f32348f1c9c4481a6f5931993732f97.png) # 1. MATLAB柱状图概述** MATLAB柱状图是一种图形化工具,用于可视化数据中不同类别或组的分布情况。它通过绘制垂直条形来表示每个类别或组中的数据值。柱状图在信号处理中广泛用于可视化信号特征和进行频谱分析。 柱状图的优点在于其简单易懂,能够直观地展示数据分布。在信号处理中,柱状图可以帮助工程师识别信号中的模式、趋势和异常情况,从而为信号分析和处理提供有价值的见解。 # 2. 柱状图在信号处理中的应用 柱状图在信号处理
recommend-type

hive中 的Metastore

Hive中的Metastore是一个关键的组件,它用于存储和管理Hive中的元数据。这些元数据包括表名、列名、表的数据类型、分区信息、表的存储位置等信息。Hive的查询和分析都需要Metastore来管理和访问这些元数据。 Metastore可以使用不同的后端存储来存储元数据,例如MySQL、PostgreSQL、Oracle等关系型数据库,或者Hadoop分布式文件系统中的HDFS。Metastore还提供了API,使得开发人员可以通过编程方式访问元数据。 Metastore的另一个重要功能是跟踪表的版本和历史。当用户对表进行更改时,Metastore会记录这些更改,并且可以让用户回滚到
recommend-type

JSBSim Reference Manual

JSBSim参考手册,其中包含JSBSim简介,JSBSim配置文件xml的编写语法,编程手册以及一些应用实例等。其中有部分内容还没有写完,估计有生之年很难看到完整版了,但是内容还是很有参考价值的。