【笔记】A*寻路算法

A*寻路算法的主要思路

该算法主要是给了寻路时提供了一个方向(永远去看代价F最小的点)

伪代码

  1. 不断从可行走队列内取出预估代价F最小的点,判断是否结束点
  2. 计算其附近可行走的点的预估代价F,然后放进行走队列内

* 附近可行走的点不能是墙、不能是已走过的
* 可行走队列内有点A与新探索的点B位置相同,则比较代价F谁更小,若点A更小则忽略点B,若点B更小,则将点B替换成点A
* 预估代价F=起始点到当前点的代价G+当前点到结束点的预估待机H
* H有很多算法,根据场景不一样可采用相对的,这里采用的是忽略墙壁存在的直接距离

package org.lqh.game.framework.test.afind;

import lombok.Getter;

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.HashSet;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.PriorityQueue;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;

/**
 * TODO
 *
 * @author LeeQH
 * @createTime 2021-3-6 10:42:39
 */
public class AFindPath {
    //开放队列
    private PriorityQueue<TryNode> openQueue = new PriorityQueue<>();
    //开放集合
    private Map<NodePos, TryNode> openMap = new HashMap<>();
    //关闭集合
    private Set<NodePos> closeSet = new HashSet<>();
    //开始坐标
    @Getter
    private NodePos start;
    //结束坐标
    @Getter
    private NodePos end;
    //地图
    private MapNode[][] mapNodes;

    public AFindPath(MapNode[][] mapNodes, NodePos start, NodePos end) {
        this.start = start;
        this.end = end;
        this.mapNodes = mapNodes;
    }

    private void openQueueAdd(TryNode tryNode) {
        openQueue.add(tryNode);
        openMap.put(tryNode.getPos(), tryNode);
    }

    private TryNode openQueuePoll() {
        TryNode poll = openQueue.poll();
        if (poll != null) {
            openMap.remove(poll);
        }
        return poll;
    }


    public TryNode go() {
        if (start.getX() < 0 || start.getY() < 0 || start.getX() >= mapNodes.length || start.getY() >= mapNodes[0].length || mapNodes[start.getX()][start.getY()].isWall()) {
            System.out.println("start error");
            return null;
        }
        if (end.getX() < 0 || end.getY() < 0 || end.getX() >= mapNodes.length || end.getY() >= mapNodes[0].length || mapNodes[end.getX()][end.getY()].isWall()) {
            System.out.println("end error");
            return null;
        }

        TryNode startNode = new TryNode(new NodePos(start.getX(), start.getY()));
        TryNode endNode = new TryNode(new NodePos(end.getX(), end.getY()));
        openQueueAdd(startNode);

        //F最小的点
        TryNode min = null;
        while ((min = openQueuePoll()) != null) {
            NodePos pos = min.getPos();
            if (pos.equals(end)) {
                return min;
            }
            //附近的行走点
            List<MapNode> tlNearNode = mapNodes[pos.getX()][pos.getY()].getTlNearNode();
            for (MapNode mapNode : tlNearNode) {
                NodePos nearNodePos = new NodePos(mapNode.getPos().getX(), mapNode.getPos().getY());
                //已经走过的点忽略
                if (closeSet.contains(nearNodePos)) {
                    continue;
                }
                TryNode nearTryNode = new TryNode(nearNodePos);
                nearTryNode.setG(min.getG() + 1);
                nearTryNode.setH(distance(nearTryNode, endNode));
                nearTryNode.setF(nearTryNode.getG() + nearTryNode.getH());
                nearTryNode.setParentNode(min);

                TryNode openTryNode = openMap.get(nearNodePos);
                //已经探索过的点比当前探索的点的F大,替换
                if (openTryNode != null) {
                    if (nearTryNode.getF() < openTryNode.getF()) {
                        openTryNode.setF(nearTryNode.getF());
                        openTryNode.setG(nearTryNode.getG());
                        openTryNode.setH(nearTryNode.getH());
                        openTryNode.setParentNode(min);
                    }
                } else {
                    openQueueAdd(nearTryNode);
                }
            }
            closeSet.add(min.getPos());
        }
        System.out.println("no way");
        return null;
    }

    //两点距离
    private float distance(TryNode try1, TryNode try2) {
        return Math.abs(try1.getPos().getX() - try2.getPos().getX()) + Math.abs(try1.getPos().getY() - try2.getPos().getY());
    }

    ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//    static int[][] map = {
////          {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}
//            {1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1},//0
//            {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1},//1
//            {1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1},//2
//            {1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1},//3
//            {1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1},//4
//            {1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1},//5
//            {1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1},//6
//            {1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1},//7
//            {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1},//8
//            {1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1},//9
//            {1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1},//10
//            {1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1},//11
//    };


    //初始化地图
    static MapNode[][] initMap(int[][] map) {
        int row = map.length;
        int col = map[0].length;
        MapNode[][] nodes = new MapNode[row][col];

        for (int i = 0; i < row; i++) {
            for (int j = 0; j < col; j++) {
                MapNode node = new MapNode(new NodePos(i, j), map[i][j]);
                nodes[i][j] = node;
            }
        }

        for (int i = 0; i < row; i++) {
            for (int j = 0; j < col; j++) {
                MapNode node = nodes[i][j];
                if (node.isWall()) {//墙
                    continue;
                }
                //初始化临近点
                List<MapNode> tlNearNode = new ArrayList<>();
                //上
                if (j - 1 >= 0 && !nodes[i][j - 1].isWall()) {
                    tlNearNode.add(nodes[i][j - 1]);
                }
                //下
                if (j + 1 < col && !nodes[i][j + 1].isWall()) {
                    tlNearNode.add(nodes[i][j + 1]);
                }
                //左
                if (i - 1 >= 0 && !nodes[i - 1][j].isWall()) {
                    tlNearNode.add(nodes[i - 1][j]);
                }
                //右
                if (i + 1 < row && !nodes[i + 1][j].isWall()) {
                    tlNearNode.add(nodes[i + 1][j]);
                }
                //左上
                if (i - 1 >= 0 && j - 1 >= 0 && !nodes[i - 1][j - 1].isWall()) {
                    tlNearNode.add(nodes[i - 1][j - 1]);
                }
                //左下
                if (i - 1 >= 0 && j + 1 < col && !nodes[i - 1][j + 1].isWall()) {
                    tlNearNode.add(nodes[i - 1][j + 1]);
                }
                //右上
                if (i + 1 < row && j - 1 >= 0 && !nodes[i + 1][j - 1].isWall()) {
                    tlNearNode.add(nodes[i + 1][j - 1]);
                }
                //右下
                if (i + 1 < row && j + 1 < col && !nodes[i + 1][j + 1].isWall()) {
                    tlNearNode.add(nodes[i + 1][j + 1]);
                }
                if (!tlNearNode.isEmpty()) {
                    node.setTlNearNode(tlNearNode);
                }
            }
        }
        return nodes;
    }

    //打印行走区域
    static void printWay(int[][] map, AFindPath findPath) {
        System.out.println("\nstart:" + findPath.start + ",end:" + findPath.end);
        TryNode node = findPath.go();
        if (node == null) {
            return;
        }
        int[][] clone = map.clone();

        while (node != null) {
            clone[node.getPos().getX()][node.getPos().getY()] = -1;
            node = node.getParentNode();
        }
        printMap(clone);
    }

    //打印地图
    static void printMap(int[][] map) {
        for (int i = 0; i < map.length; i++) {
            for (int j = 0; j < map[i].length; j++) {
                if (map[i][j] == 1) {
                    System.out.print("■");
                } else if (map[i][j] == 0) {
                    System.out.print("□");
                } else {
                    System.out.print("★");
                }
            }
            System.out.println();
        }
    }

    //获取随机地图
    static int[][] getRandomMap() {
        int row = 30;
        int col = 30;
        int[][] map = new int[row][col];
        for (int i = 0, size = row * col / 4; i < size; i++) {
            int x = ThreadLocalRandom.current().nextInt(row);
            int y = ThreadLocalRandom.current().nextInt(col);
            map[x][y] = 1;
        }
        return map;
    }

    //地图上随机称称点
    static NodePos randomPos(int[][] map) {
        int x = ThreadLocalRandom.current().nextInt(map.length);
        int y = ThreadLocalRandom.current().nextInt(map[0].length);
        return new NodePos(x, y);
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[][] map = getRandomMap();
//        printMap(map);
        MapNode[][] mapNodes = initMap(map);

        AFindPath findPath = new AFindPath(mapNodes, randomPos(map), randomPos(map));
        printWay(map, findPath);

    }
}
package org.lqh.game.framework.test.afind;

import lombok.Getter;
import lombok.Setter;

import java.util.List;
import java.util.Objects;

/**
 * TODO
 *
 * @author LeeQH
 * @createTime 2021-3-6 10:43:08
 */
@Setter
@Getter
public class MapNode {
    private NodePos pos;//位置
    private boolean wall;//强
    private List<MapNode> tlNearNode;//附近的点

    public MapNode(NodePos nodePos, int wall) {
        this.pos = nodePos;
        this.wall = wall == 1;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        MapNode node = (MapNode) o;
        return Objects.equals(pos, node.pos);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(pos);
    }
}
package org.lqh.game.framework.test.afind;

import lombok.Getter;
import lombok.Setter;

import java.util.Objects;

/**
 * TODO
 *
 * @author LeeQH
 * @createTime 2021-3-6 16:35:26
 */
@Getter
@Setter
public class NodePos {
    private int x;
    private int y;

    public NodePos(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o)
            return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass())
            return false;
        NodePos nodePos = (NodePos) o;
        return x == nodePos.x && y == nodePos.y;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(x, y);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "[" + x + "," + y + "]";
    }
}
package org.lqh.game.framework.test.afind;

import lombok.Getter;
import lombok.Setter;

import java.util.Objects;

/**
 * TODO
 *
 * @author LeeQH
 * @createTime 2021-3-6 10:43:08
 */
@Setter
@Getter
public class TryNode implements Comparable<TryNode> {
    private NodePos pos;//位置
    private TryNode parentNode;//父节点
    private float G;//父节点的G值 + 父节点到当前点的移动代价
    private float H;//当前点到结束点的预估代价
    private float F;//起始点到终点的代价

    public TryNode(NodePos nodePos) {
        this.pos = nodePos;
    }

    @Override
    public int compareTo(TryNode o) {
        if (F > o.getF()) {
            return 1;
        } else if (F < o.getF()) {
            return -1;
        } else {
            return 0;
        }
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        TryNode tryNode = (TryNode) o;
        return Objects.equals(pos, tryNode.pos);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(pos);
    }
}
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 214,444评论 6 496
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 91,421评论 3 389
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 160,036评论 0 349
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 57,363评论 1 288
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 66,460评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 50,502评论 1 292
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,511评论 3 412
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 38,280评论 0 270
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,736评论 1 307
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 37,014评论 2 328
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,190评论 1 342
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,848评论 5 338
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,531评论 3 322
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,159评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,411评论 1 268
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 47,067评论 2 365
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 44,078评论 2 352

推荐阅读更多精彩内容