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发信人: sino (一层秋雨一层凉), 信区: Algorithm
标 题: 深入A*算法----浅析A*算法在搜索最短路径中的应用
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年09月20日18:43:39 星期四), 站内信件
发信人: agnes (agnes), 信区: Programming
标 题: 深入A*算法----浅析A*算法在搜索最短路径縹窅Programming
发信站: 日月光华站 (Fri Sep 8 14:58:38 2000), WWW-POST@10.15.0.5
深入A*算法----浅析A*算法在搜索最短路径中的应用
一、前言
在这里我将对A*算法的实际应用进行一定的探讨，并且举一个有关A*
算法在最短路径搜索 的例子。值得注意的是这里并不对A*的基本的
概念作介绍，如果你还对A*算法不清楚的话， 请看姊妹篇《初识A*
算法》。
这里所举的例子是参考AMIT主页中的一个源程序，你可以在AMIT的站
点上下载也可以在我 的站点上下载。你使用这个源程序时，应该遵
守一定的公约。
二、A*算法的程序编写原理
我在《初识A*算法》中说过，A*算法是最好优先算法的一种。只是有
一些约束条件而已。 我们先来看看最好优先算法是如何编写的吧。
如图有如下的状态空间：（起始位置是A，目标位置是P，字母后的数
字表示节点的估价值）
搜索过程中设置两个表：OPEN和CLOSED。OPEN表保存了所有已生成而
未考察的节点，CLOSED 表中记录已访问过的节点。算法中有一步是
根据估价函数重排OPEN表。这样循环中的每一 步只考虑OPEN表中状
态最好的节点。具体搜索过程如下：
1）初始状态：
OPEN=[A5]；CLOSED=[]；
2）估算A5，取得搜有子节点，并放入OPEN表中；
OPEN=[B4，C4，D6]；CLOSED=[A5]
3）估算B4，取得搜有子节点，并放入OPEN表中；
OPEN=[C4，E5，F5，D6]；CLOSED=[B4，A5]
4）估算C4；取得搜有子节点，并放入OPEN表中；
OPEN=[H3，G4，E5，F5，D6]；CLOSED=[C4，B4，A5]
5）估算H3，取得搜有子节点，并放入OPEN表中；
OPEN=[O2，P3，G4，E5，F5，D6]；CLOSED=H3C4，B4，A5]
6）估算O2，取得搜有子节点，并放入OPEN表中；
OPEN=[P3，G4，E5，F5，D6]；CLOSED=[O2，H3，C4，B4，A5]
7）估算P3，已得到解；
看了具体的过程，再看看伪程序吧。算法的伪程序如下：
Best_First_Search()
{
Open = [起始节点]; Closed = [];
while ( Open表非空 )
{
从Open中取得一个节点X，并从OPEN表中删除。
if (X是目标节点)
{
求得路径PATH；返回路径PATH；
}
for (每一个X的子节点Y)
{
if( Y不在OPEN表和CLOSE表中 )
{
求Y的估价值；并将Y插入OPEN表中；//还没有排序
}
else
if( Y在OPEN表中 )
{
if( Y的估价值小于OPEN表的估价值 )
更新OPEN表中的估价值；
}
else //Y在CLOSE表中
{
if( Y的估价值小于CLOSE表的估价值 )
{
更新CLOSE表中的估价值；
从CLOSE表中移出节点，并放入OPEN表中；
}
}
将X节点插入CLOSE表中；
按照估价值将OPEN表中的节点排序；
}//end for
}//end while
}//end func
啊！伪程序出来了，写一个源程序应该不是问题了，依葫芦画瓢就可
以。A*算法的程序与此 是一样的，只要注意估价函数中的g(n)的h
(n)约束条件就可以了。不清楚的可以看看《初识A*算法》。好了，
我们可以进入另一个重要的话题，用A*算法实现最短路径的搜索。在
此之 前你最好认真的理解前面的算法。不清楚可以找我。我的Email
在文章尾。
三、用A*算法实现最短路径的搜索
在游戏设计中，经常要涉及到最短路径的搜索，现在一个比较好的方
法就是用A*算法进行设 计。他的好处我们就不用管了，反正就是
好！^_*
注意下面所说的都是以 ClassAstar 这个程序为蓝本，你可以在这里
下载这个程序。这个程 序是一个完整的工程。里面带了一个EXE文
件。可以先看看。
先复习一下，A*算法的核心是估价函数f(n)，它包括g(n)和h(n)两部
分。g(n) 是已经走过的 代价，h(n)是n到目标的估计代价。在这个
例子中g(n)表示在状态空间从起始节点到 n节点的 深度，h(n)表示n
节点所在地图的位置到目标位置的直线距离。啊！一个是状态空间，
一个是 实际的地图，不要搞错了。再详细点说，有一个物体A，在地
图上的坐标是(xa,ya)，A所要到 达的目标b的坐标是(xb,yb)。则开
始搜索时，设置一个起始节点1，生成八个子节点2 - 9 因 为有八个
方向。如图：
仔细看看节点1、9、17的g(n)和h(n)是怎么计算的。现在应该知道了
下面程序中的f(n)是如何 计算的吧。开始讲解源程序了。其实这个
程序是一个很典型的教科书似的程序，也就是说只要 你看懂了上面
的伪程序，这个程序是十分容易理解的。不过他和上面的伪程序有一
些的不同， 我在后面会提出来。
先看搜索主函数：
void AstarPathfinder::FindPath(int sx, int sy, int dx, int dy)
{
NODE *Node, *BestNode;
int TileNumDest;
//得到目标位置，作判断用
TileNumDest = TileNum(sx, sy);
//生成Open和Closed表
OPEN=( NODE* )calloc(1,sizeof( NODE ));
CLOSED=( NODE* )calloc(1,sizeof( NODE ));
//生成起始节点，并放入Open表中
Node=( NODE* )calloc(1,sizeof( NODE ));
Node->g = 0;
//这是计算h值
Node->h = (dx-sx)*(dx-sx) + (dy-sy)*(dy-sy); // should really us
e s
qrt(). //这是计算f值，即估价值
Node->f = Node->g+Node->h;
Node->NodeNum = TileNum(dx, dy);
Node->x = dx;
Node->y = dy;
OPEN->NextNode=Node; // make Open List point to first node
for (;;)
{ //从Open表中取得一个估价值最好的节点
BestNode=ReturnBestNode();
//如果该节点是目标节点就退出
if (BestNode->NodeNum == TileNumDest) // if we've found t
he
end, break and finish break;
//否则生成子节点
GenerateSuccessors(BestNode,sx,sy);
}
PATH = BestNode;
}
再看看生成子节点函数 GenerateSuccessors：
void AstarPathfinder::GenerateSuccessors(NODE *BestNode, int dx, int
dy
) {
int x, y;
//哦！依次生成八个方向的子节点，简单！
// Upper-Left
if ( FreeTile(x=BestNode->x-TILESIZE, y=BestNode->y-TILESIZE) )
GenerateSucc(BestNode,x,y,dx,dy);
// Upper
if ( FreeTile(x=BestNode->x, y=BestNode->y-TILESIZE) )
GenerateSucc(BestNode,x,y,dx,dy);
// Upper-Right
if ( FreeTile(x=BestNode->x+TILESIZE, y=BestNode->y-TILESIZE) )
GenerateSucc(BestNode,x,y,dx,dy);
// Right
if ( FreeTile(x=BestNode->x+TILESIZE, y=BestNode->y) )
GenerateSucc(BestNode,x,y,dx,dy);
// Lower-Right
if ( FreeTile(x=BestNode->x+TILESIZE, y=BestNode->y+TILESIZE) )
GenerateSucc(BestNode,x,y,dx,dy);
// Lower
if ( FreeTile(x=BestNode->x, y=BestNode->y+TILESIZE) )
GenerateSucc(BestNode,x,y,dx,dy);
// Lower-Left
if ( FreeTile(x=BestNode->x-TILESIZE, y=BestNode->y+TILESIZE) )
GenerateSucc(BestNode,x,y,dx,dy);
// Left
if ( FreeTile(x=BestNode->x-TILESIZE, y=BestNode->y) )
GenerateSucc(BestNode,x,y,dx,dy);
}
看看最重要的函数GenerateSucc：
void AstarPathfinder::GenerateSucc(NODE *BestNode,int x, int y, int
dx,
int dy) {
int g, TileNumS, c = 0;
NODE *Old, *Successor;
//计算子节点的 g 值
g = BestNode->g+1; // g(Successor)=g(BestNode)+cost of gett
ing
from BestNode to Successor TileNumS = TileNum(x,y); // identificati
on
purposes //子节点再Open表中吗？
if ( (Old=CheckOPEN(TileNumS)) != NULL ) // if equal to NULL then
no
t in OPEN list, else it returns the Node in Old {
//若在
for( c = 0; c <8; c++) if( BestNode->Child[c] == NULL ) // A
dd
Old to the list of BestNode's Children (or Successors). brea
k;
BestNode->Child[c] = Old;
//比较Open表中的估价值和当前的估价值（只要比较g值就可以了）
if ( g g ) // if our new g value is Parent = BestNode;
Old->g = g;
Old->f = g + Old->h;
}
}
else //在Closed表中吗？
if ( (Old=CheckCLOSED(TileNumS)) != NULL ) // if equal to NULL th
en
not in OPEN list, else it returns the Node in Old {
//若在
for( c = 0; c<8; c++) if ( BestNode->Child[c] == NULL ) // A
dd
Old to the list of BestNode's Children (or Successors). brea
k;
BestNode->Child[c] = Old;
//比较Closed表中的估价值和当前的估价值（只要比较g值就可以了）
if ( g g ) // if our new g value is Parent = BestNode;
Old->g = g;
Old->f = g + Old->h;
//再依次更新Old的所有子节点的估价值
PropagateDown(Old); // Since we changed the g value of
Old
, we need // to propagate this new va
lue
downwards, i.e. // do a Depth-First
tr
aversal of the tree! }
}
else//不在Open表中也不在Close表中
{
//生成新的节点
Successor = ( NODE* )calloc(1,sizeof( NODE ));
Successor->Parent = BestNode;
Successor->g = g;
Successor->h = (x-dx)*(x-dx) + (y-dy)*(y-dy); // should do
sqr
t(), but since we don't really Successor->f = g+Successor->h; /
/ c
are about the distance but just which branch looks Successor->x
=
x; // better this should suffice. Anyayz it's faster.
uccessor->y = y; Successor->NodeNum = TileNumS;
//再插入Open表中，同时排序。
Insert(Successor); // Insert Successor on OPEN list wrt
f
for( c =0; c <8; c++) if ( BestNode->Child[c] == NULL ) // A
dd
Old to the list of BestNode's Children (or Successors).
bre
ak; BestNode->Child[c] = Successor;
}
}
哈哈！A*算法我懂了！当然，我希望你有这样的感觉！不过我还要再
说几句。仔细看看这个程 序，你会发现，这个程序和我前面说的伪
程序有一些不同，在GenerateSucc函数中，当子节点 在Closed表中
时，没有将子节点从Closed表中删除并放入Open表中。而是直接的重
新的计算该 节点的所有子节点的估价值（用PropagateDown函数）。
这样可以快一些！另当子节点在 Open 表和Closed表中时，重新的计
算估价值后，没有重新的对Open表中的节点排序，我有些想不通，
为什么不排呢？:-(，会不会是一个小小的BUG。你知道告诉我好
吗？
好了！主要的内容都讲完了，还是完整仔细的看看源程序吧！希望我所的对你有一点帮
助，
一 点点也可以。如果你对文章中的观点有异议或有更好的解释都告诉我。我的email在
文章
最后！
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just Try it
then Do it
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