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A星演算法實驗

發布時間:2023-12-14 22:17:30

① 什麼是A搜索演算法

A*搜索演算法,俗稱A星演算法,作為啟發式搜索演算法中的一種,這是一種在圖形平面上,有多個節點的路徑,求出最低通過成本的演算法。常用於游戲中的NPC的移動計算,或線上游戲的BOT的移動計算上。該演算法像Dijkstra演算法一樣,可以找到一條最短路徑;也像BFS一樣,進行啟發式的搜索。

② A*演算法用於路徑規劃,有什麼缺點

缺點:A*演算法通過比較當前路徑柵格的8個鄰居的啟發式函數值F來逐步確定下一個路徑柵格,當存在多個最小值時A*演算法不能保證搜索的路徑最優。
A*演算法;A*(A-Star)演算法是一種靜態路網中求解最短路徑最有效的直接搜索方法。估價值與實際值越接近,估價函數取得就越好。A*[1] (A-Star)演算法是一種靜態路網中求解最短路最有效的直接搜索方法。注意是最有效的直接搜索演算法。之後涌現了很多預處理演算法(ALT,CH,HL等等),在線查詢效率是A*演算法的數千甚至上萬倍。公式表示為: f(n)=g(n)+h(n),其中 f(n) 是從初始點經由節點n到目標點的估價函數,g(n) 是在狀態空間中從初始節點到n節點的實際代價,h(n) 是從n到目標節點最佳路徑的估計代價。保證找到最短路徑(最優解的)條件,關鍵在於估價函數f(n)的選取:估價值h(n)<= n到目標節點的距離實際值,這種情況下,搜索的點數多,搜索范圍大,效率低。但能得到最優解。並且如果h(n)=d(n),即距離估計h(n)等於最短距離,那麼搜索將嚴格沿著最短路徑進行, 此時的搜索效率是最高的。如果 估價值>實際值,搜索的點數少,搜索范圍小,效率高,但不能保證得到最優解。

③ A星搜索演算法

A星演算法是定義了一個函數f,公式為:
f = g + h
其中g函數代表目前為止從出發地到達該節點的成本,h函數是預估的當前節點到到目的地的成本,即
g(path) = path cost
h(path) = h(s) = estimated distance to goal
朝著使函數f具有最小值的路徑拓展,該演算法可以找到消耗最小消耗的路徑

注意A星演算法並不是總能找到最優解,能否找到最優解依賴於h函數,條件是

④ 人工智慧 A*演算法原理

A 演算法是啟發式演算法重要的一種,主要是用於在兩點之間選擇一個最優路徑,而A 的實現也是通過一個估值函數

上圖中這個熊到樹葉的 曼哈頓距離 就是藍色線所表示的距離,這其中不考慮障礙物,假如上圖每一個方格長度為1,那麼此時的熊的曼哈頓距離就為9.
起點(X1,Y1),終點(X2,Y2),H=|X2-X1|+|Y2-Y1|
我們也可以通過幾何坐標點來算出曼哈頓距離,還是以上圖為例,左下角為(0,0)點,熊的位置為(1,4),樹葉的位置為(7,1),那麼H=|7-1|+|1-4|=9。

還是以上圖為例,比如剛開始熊位置我們會加入到CLOSE列表中,而熊四周它可以移動到的點位我們會加入到OPEN列表中,並對熊四周的8個節點進行F=G+H這樣的估值運算,然後在這8個節點中選中一個F值為最小的節點,然後把再把這個節點從OPEN列表中刪除,加入到Close列表中,從接著在對這個節點的四周8個節點進行一個估值運算,再接著依次運算,這樣說大家可能不是太理解,我會在下邊做詳細解釋。

從起點到終點,我們通過A星演算法來找出最優路徑

我們把每一個方格的長度定義為1,那從起始點到5位置的代價就是1,到3的代價為1.41,定義好了我們接著看上圖,接著運算

第一步我們會把起始點四周的點加入OPEN列表中然後進行一個估值運算,運算結果如上圖,這其中大家看到一個小箭頭都指向了起點,這個箭頭就是指向父節點,而open列表的G值都是根據這個進行計算的,意思就是我從上一個父節點運行到此處時所需要的總代價,如果指向不一樣可能G值就不一樣,上圖中我們經過計算發現1點F值是7.41是最小的,那我們就選中這個點,並把1點從OPEN列表中刪除,加入到CLOSE列表中,但是我們在往下運算的時候發現1點的四周,2點,3點和起始點這三個要怎麼處理,首先起始點已經加入到了CLOSE,他就不需要再進行這種運算,這就是CLOSE列表的作用,而2點和3點我們也可以對他進行運算,2點的運算,我們從1移動到2點的時候,他需要的代價也就是G值會變成2.41,而H值是不會變的F=2.41+7=9.41,這個值我們發現大於原來的的F值,那我們就不能對他進行改變(把父節點指向1,把F值改為9.41,因為我們一直追求的是F值最小化),3點也同理。

在對1點四周進行運算後整個OPEN列表中有兩個點2點和3點的F值都是7.41,此時我們系統就可能隨機選擇一個點然後進行下一步運算,現在我們選中的是3點,然後對3點的四周進行運算,結果是四周的OPEN點位如果把父節點指向3點值時F值都比原來的大,所以不發生改變。我們在看整個OPEN列表中,也就2點的7.41值是最小的,那我們就選中2點接著運算。

我們在上一部運算中選中的是1點,上圖沒有把2點加入OPEN列表,因為有障礙物的阻擋從1點他移動不到2點,所以沒有把2點加入到OPEN列表中,整個OPEN列表中3的F=8是最小的,我們就選中3,我們對3點四周進行運算是我們發現4點經過計算G=1+1=2,F=2+6=8所以此時4點要進行改變,F變為8並把箭頭指向3點(就是把4點的父節點變為3),如下圖

我們就按照這種方法一直進行運算,最後 的運算結果如下圖

而我們通過目標點位根據箭頭(父節點),一步一步向前尋找最後我們發現了一條指向起點的路徑,這個就是我們所需要的最優路徑。 如下圖的白色選中區域

但是我們還要注意幾點

最優路徑有2個

這是我對A*演算法的一些理解,有些地方可能有BUG,歡迎大家指出,共同學習。

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