Question

用java怎么实现A*算法

Answer 1

代码实现(Java)
1. 输入
(1) 代表地图二值二维数组(0表示可通路，1表示路障)
int[][] maps = {
                { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
                { 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
                { 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0 },
                { 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0 },
                { 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0 },
                { 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0 },
                { 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0 }
                };123456789123456789
(2) 按照二维数组的特点，坐标原点在左上角，所以y是高，x是宽，y向下递增，x向右递增，我们将x和y封装成一个类，好传参，重写equals方法比较坐标(x,y)是不是同一个。
public class Coord
{
    public int x;
    public int y;

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

    @Override
    public boolean equals(Object obj)
    {
        if (obj == null) return false;
        if (obj instanceof Coord)
        {
            Coord c = (Coord) obj;
            return x == c.x && y == c.y;
        }
        return false;
    }
}12345678910111213141516171819202122231234567891011121314151617181920212223
(3) 封装路径结点类，字段包括：坐标、G值、F值、父结点，实现Comparable接口，方便优先队列排序。
public class Node implements Comparable<Node>
{

    public Coord coord; // 坐标
    public Node parent; // 父结点
    public int G; // G：是个准确的值，是起点到当前结点的代价
    public int H; // H：是个估值，当前结点到目的结点的估计代价

    public Node(int x, int y)
    {
        this.coord = new Coord(x, y);
    }

    public Node(Coord coord, Node parent, int g, int h)
    {
        this.coord = coord;
        this.parent = parent;
        G = g;
        H = h;
    }

    @Override
    public int compareTo(Node o)
    {
        if (o == null) return -1;
        if (G + H > o.G + o.H)
            return 1;
        else if (G + H < o.G + o.H) return -1;
        return 0;
    }
}1234567891011121314151617181920212223242526272829303112345678910111213141516171819202122232425262728293031
(4) 最后一个数据结构是A星算法输入的所有数据，封装在一起，传参方便。:grin:
public class MapInfo
{
    public int[][] maps; // 二维数组的地图
    public int width; // 地图的宽
    public int hight; // 地图的高
    public Node start; // 起始结点
    public Node end; // 最终结点

    public MapInfo(int[][] maps, int width, int hight, Node start, Node end)
    {
        this.maps = maps;
        this.width = width;
        this.hight = hight;
        this.start = start;
        this.end = end;
    }
}12345678910111213141516171234567891011121314151617
2. 处理
(1) 在算法里需要定义几个常量来确定：二维数组中哪个值表示障碍物、二维数组中绘制路径的代表值、计算G值需要的横纵移动代价和斜移动代价。
    public final static int BAR = 1; // 障碍值
    public final static int PATH = 2; // 路径
    public final static int DIRECT_VALUE = 10; // 横竖移动代价
    public final static int OBLIQUE_VALUE = 14; // 斜移动代价12341234
(2) 定义两个辅助表：Open表和Close表。Open表的使用是需要取最小值，在这里我们使用Java工具包中的优先队列PriorityQueue，Close只是用来保存结点，没其他特殊用途，就用ArrayList。
    Queue<Node> openList = new PriorityQueue<Node>(); // 优先队列(升序)
    List<Node> closeList = new ArrayList<Node>();1212
(3) 定义几个布尔判断方法：最终结点的判断、结点能否加入open表的判断、结点是否在Close表中的判断。
    /**
     * 判断结点是否是最终结点
     */
    private boolean isEndNode(Coord end,Coord coord)
    {
        return coord != null && end.equals(coord);
    }

    /**
     * 判断结点能否放入Open列表
     */
    private boolean canAddNodeToOpen(MapInfo mapInfo,int x, int y)
    {
        // 是否在地图中
        if (x < 0 || x >= mapInfo.width || y < 0 || y >= mapInfo.hight) return false;
        // 判断是否是不可通过的结点
        if (mapInfo.maps[y][x] == BAR) return false;
        // 判断结点是否存在close表
        if (isCoordInClose(x, y)) return false;

        return true;
    }

    /**
     * 判断坐标是否在close表中
     */
    private boolean isCoordInClose(Coord coord)
    {
        return coord!=null&&isCoordInClose(coord.x, coord.y);
    }

    /**
     * 判断坐标是否在close表中
     */
    private boolean isCoordInClose(int x, int y)
    {
        if (closeList.isEmpty()) return false;
        for (Node node : closeList)
        {
            if (node.coord.x == x && node.coord.y == y)
            {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454612345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546
(4) 计算H值，“曼哈顿” 法，坐标分别取差值相加
private int calcH(Coord end,Coord coord)
{
    return Math.abs(end.x - coord.x) + Math.abs(end.y - coord.y);
}12341234
(5) 从Open列表中查找结点
private Node findNodeInOpen(Coord coord)
{
    if (coord == null || openList.isEmpty()) return null;
    for (Node node : openList)
    {
        if (node.coord.equals(coord))
        {
            return node;
        }
    }
    return null;
}123456789101112123456789101112
(6) 添加邻结点到Open表
/**
 * 添加所有邻结点到open表
 */
private void addNeighborNodeInOpen(MapInfo mapInfo,Node current)
{
    int x = current.coord.x;
    int y = current.coord.y;
    // 左
    addNeighborNodeInOpen(mapInfo,current, x - 1, y, DIRECT_VALUE);
    // 上
    addNeighborNodeInOpen(mapInfo,current, x, y - 1, DIRECT_VALUE);
    // 右
    addNeighborNodeInOpen(mapInfo,current, x + 1, y, DIRECT_VALUE);
    // 下
    addNeighborNodeInOpen(mapInfo,current, x, y + 1, DIRECT_VALUE);
    // 左上
    addNeighborNodeInOpen(mapInfo,current, x - 1, y - 1, OBLIQUE_VALUE);
    // 右上
    addNeighborNodeInOpen(mapInfo,current, x + 1, y - 1, OBLIQUE_VALUE);
    // 右下
    addNeighborNodeInOpen(mapInfo,current, x + 1, y + 1, OBLIQUE_VALUE);
    // 左下
    addNeighborNodeInOpen(mapInfo,current, x - 1, y + 1, OBLIQUE_VALUE);
}

/**
 * 添加一个邻结点到open表
 */
private void addNeighborNodeInOpen(MapInfo mapInfo,Node current, int x, int y, int value)
{
    if (canAddNodeToOpen(mapInfo,x, y))
    {
        Node end=mapInfo.end;
        Coord coord = new Coord(x, y);
        int G = current.G + value; // 计算邻结点的G值
        Node child = findNodeInOpen(coord);
        if (child == null)
        {
            int H=calcH(end.coord,coord); // 计算H值
            if(isEndNode(end.coord,coord))
            {
                child=end;
                child.parent=current;
                child.G=G;
                child.H=H;
            }
            else
            {
                child = new Node(coord, current, G, H);
            }
            openList.add(child);
        }
        else if (child.G > G)
        {
            child.G = G;
            child.parent = current;
            // 重新调整堆
            openList.add(child);
        }
    }
}1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606112345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061
(7) 回溯法绘制路径
private void drawPath(int[][] maps, Node end)
{
    if(end==null||maps==null) return;
    System.out.println("总代价：" + end.G);
    while (end != null)
    {
        Coord c = end.coord;
        maps[c.y][c.x] = PATH;
        end = end.parent;
    }
}12345678910111234567891011
(8) 开始算法，循环移动结点寻找路径，设定循环结束条件，Open表为空或者最终结点在Close表

public void start(MapInfo mapInfo)
{
    if(mapInfo==null) return;
    // clean
    openList.clear();
    closeList.clear();
    // 开始搜索
    openList.add(mapInfo.start);
    moveNodes(mapInfo);
}

/**
 * 移动当前结点
 */
private void moveNodes(MapInfo mapInfo)
{
    while (!openList.isEmpty())
    {
        if (isCoordInClose(mapInfo.end.coord))
        {
            drawPath(mapInfo.maps, mapInfo.end);
            break;
        }
        Node current = openList.poll();
        closeList.add(current);
        addNeighborNodeInOpen(mapInfo,current);
    }
}