• A*搜索算法


    A*搜索算法是最短路径问题中另一个非常经典的算法。该算法综合了Best-First SearchDijkstra算法的优点:在进行启发式搜索提高算法效率的同时,可以保证找到一条最优路径(基于评估函数)。

    在此算法中,如果以(g(n))表示从起点到任意顶点(n)的实际距离,(h(n))表示任意顶点(n)到目标顶点的估算距离(根据所采用的评估函数的不同而变化),那么A*算法的估算函数为:

    [f(n) = g(n)+h(n) ]

    这个公式遵循以下特性:

    • 如果(g(n))为0,即只计算任意顶点(n)到目标的评估函数(h(n)),而不计算起点到顶点(n)的距离,则算法转化为使用贪心策略的最良优先搜索,速度最快,但可能得不出最优解;
    • 如果(h(n))不大于顶点(n)到目标顶点的实际距离,则一定可以求出最优解,而且(h(n))越小,需要计算的节点越多,算法效率越低,常见的评估函数有——欧几里得距离、曼哈顿距离、切比雪夫距离
    • 如果(h(n))为0,即只需求出起点到任意顶点(n)的最短路径(g(n)),而不计算任何评估函数(h(n)),则转化为单源最短路径问题,即Dijkstra算法,此时需要计算最多的顶点;

    伪代码:

    function A*(start,goal)
        closedset := the empty set                 //已经被估算的节点集合
        openset := set containing the initial node //将要被估算的节点集合,初始只包含start
        came_from := empty map
        g_score[start] := 0                        //g(n)
        h_score[start] := heuristic_estimate_of_distance(start, goal)    //通过估计函数 估计h(start)
        f_score[start] := h_score[start]            //f(n)=h(n)+g(n),由于g(n)=0,所以省略
        while openset is not empty                 //当将被估算的节点存在时,执行循环
            x := the node in openset having the lowest f_score[] value   //在将被估计的集合中找到f(x)最小的节点
            if x = goal            //若x为终点,执行
                return reconstruct_path(came_from,goal)   //返回到x的最佳路径
            remove x from openset      //将x节点从将被估算的节点中删除
            add x to closedset      //将x节点插入已经被估算的节点
            for each y in neighbor_nodes(x)  //循环遍历与x相邻节点
                if y in closedset           //若y已被估值,跳过
                    continue
                tentative_g_score := g_score[x] + dist_between(x,y)    //从起点到节点y的距离
     
                if y not in openset          //若y不是将被估算的节点
                    add y to openset         //将y插入将被估算的节点中
                    tentative_is_better := true     //暂时判断为更好
                elseif tentative_g_score < g_score[y]         //如果起点到y的距离小于y的实际距离
                    tentative_is_better := true         //暂时判断为更好
                else
                    tentative_is_better := false           //否则判断为更差
                if tentative_is_better = true            //如果判断为更好
                    came_from[y] := x                  //将y设为x的子节点
                    g_score[y] := tentative_g_score    //更新y到原点的距离
                    h_score[y] := heuristic_estimate_of_distance(y, goal) //估计y到终点的距离
                    f_score[y] := g_score[y] + h_score[y]
        return failure
     
    function reconstruct_path(came_from,current_node)
        if came_from[current_node] is set
            p = reconstruct_path(came_from,came_from[current_node])
            return (p + current_node)
        else
            return current_node
    
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/xym4869/p/13130089.html
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