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基本A*算法python实现

作者：菜鸟追梦旅行 | 2024-05-12 23:58:10

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基本A*算法python实现

本文由恋花蝶发表于http://blog.csdn.net/lanphaday，可以在保证全文完整的前提下任意形式自由传播，但必须保留本声明，违反必究。

最近因为一个任务要用到A*算法，就用C++实现了一份。不过只是用A*来检测从A点到B点有无通路，不必输出路径，后来想把代码贴出来，但又觉得不如实现一个简单的寻路应用好一些，就用python写了一个版本贴上来。
A*算法不仅仅可以用来寻路，寻路也不仅仅使用A*算法。这是使用学习和使用A*算法最要谨记的一点吧~
A*算法用以寻路实现算不得是人工智能，他本质上是一种启发式的试探回溯算法，不过业界似乎喜欢把它称为游戏人工智能（GameAI）的一个组成部分，听起来就“豪华”得多了。A*算法需要很大的内存（相对于深度优先搜索），需要很实现比较复杂的逻辑，容易出错。
A*过程：
1.将开始节点放入开放列表(开始节点的F和G值都视为0);
2.重复一下步骤:
  i.在开放列表中查找具有最小F值的节点,并把查找到的节点作为当前节点;
  ii.把当前节点从开放列表删除, 加入到封闭列表;
  iii.对当前节点相邻的每一个节点依次执行以下步骤:
   1.如果该相邻节点不可通行或者该相邻节点已经在封闭列表中,则什么操作也不执行,继续检验下一个节点;
   2.如果该相邻节点不在开放列表中,则将该节点添加到开放列表中, 并将该相邻节点的父节点设为当前节点,同时保存该相邻节点的G和F值;
   3.如果该相邻节点在开放列表中, 则判断若经由当前节点到达该相邻节点的G值是否小于原来保存的G值,若小于,则将该相邻节点的父节点设为当前节点,并重新设置该相邻节点的G和F值.
  iv.循环结束条件:
   当终点节点被加入到开放列表作为待检验节点时, 表示路径被找到,此时应终止循环;
   或者当开放列表为空,表明已无可以添加的新节点,而已检验的节点中没有终点节点则意味着路径无法被找到,此时也结束循环;
3.从终点节点开始沿父节点遍历, 并保存整个遍历到的节点坐标,遍历所得的节点就是最后得到的路径;

好了，废话不多说，看代码吧，带详尽注释，但可能存在bug~，另：本示例程序未作优化。

参考资料：
http://www.gamedev.net/reference/programming/features/astar/default.asp

http://blog.csdn.net/win32asn/archive/2006/03/17/627098.aspx

# -*- coding: utf-8 -*-

import math

# 地图

tm = [

' ############################################################ ' ,

' #..........................................................# ' ,

' #.............................#............................# ' ,

' #.......S.....................#............................# ' ,

' #.............................#............................# ' ,

' #######.#######################################............# ' ,

' #....#........#............................................# ' ,

' #....##########............................................# ' ,

' #..........................................................# ' ,

' #...............................##############.............# ' ,

' #...............................#........E...#.............# ' ,

' #...............................#............#.............# ' ,

' #...............................###########..#.............# ' ,

' #..........................................................# ' ,

' ############################################################ ' ]

# 因为python里string不能直接改变某一元素，所以用test_map来存储搜索时的地图

test_map = []

# ########################################################

class Node_Elem:

"""

开放列表和关闭列表的元素类型，parent用来在成功的时候回溯路径

"""

def __init__ (self, parent, x, y, dist):

self.parent = parent

self.x = x

self.y = y

self.dist = dist

class A_Star:

"""

A星算法实现类

"""

# 注意w,h两个参数，如果你修改了地图，需要传入一个正确值或者修改这里的默认参数

def __init__ (self, s_x, s_y, e_x, e_y, w = 60 , h = 30 ):

self.s_x = s_x

self.s_y = s_y

self.e_x = e_x

self.e_y = e_y

self.width = w

self.height = h

self.open = []

self.close = []

self.path = []

# 查找路径的入口函数

def find_path(self):

# 构建开始节点

p = Node_Elem(None, self.s_x, self.s_y, 0.0 )

while True:

# 扩展F值最小的节点

self.extend_round(p)

# 如果开放列表为空，则不存在路径，返回

if not self.open:

return

# 获取F值最小的节点

idx, p = self.get_best()

# 找到路径，生成路径，返回

if self.is_target(p):

self.make_path(p)

return

# 把此节点压入关闭列表，并从开放列表里删除

self.close.append(p)

del self.open[idx]

def make_path(self,p):

# 从结束点回溯到开始点，开始点的parent == None

while p:

self.path.append((p.x, p.y))

p = p.parent

def is_target(self, i):

return i.x == self.e_x and i.y == self.e_y

def get_best(self):

best = None

bv = 1000000 # 如果你修改的地图很大，可能需要修改这个值

bi = - 1

for idx, i in enumerate(self.open):

value = self.get_dist(i) # 获取F值

if value < bv: # 比以前的更好，即F值更小

best = i

bv = value

bi = idx

return bi, best

def get_dist(self, i):

# F = G + H

# G 为已经走过的路径长度， H为估计还要走多远

# 这个公式就是A*算法的精华了。

return i.dist + math.sqrt(

(self.e_x - i.x) * (self.e_x - i.x)

+ (self.e_y - i.y) * (self.e_y - i.y)) * 1.2

def extend_round(self, p):

# 可以从8个方向走

xs = ( - 1 , 0, 1 , - 1 , 1 , - 1 , 0, 1 )

ys = ( - 1 , - 1 , - 1 , 0, 0, 1 , 1 , 1 )

# 只能走上下左右四个方向

# xs = (0, -1, 1, 0)

# ys = (-1, 0, 0, 1)

for x, y in zip(xs, ys):

new_x, new_y = x + p.x, y + p.y

# 无效或者不可行走区域，则勿略

if not self.is_valid_coord(new_x, new_y):

continue

# 构造新的节点

node = Node_Elem(p, new_x, new_y, p.dist + self.get_cost(

p.x, p.y, new_x, new_y))

# 新节点在关闭列表，则忽略

if self.node_in_close(node):

continue

i = self.node_in_open(node)

if i != - 1 :

# 新节点在开放列表

if self.open[i].dist > node.dist:

# 现在的路径到比以前到这个节点的路径更好~

# 则使用现在的路径

self.open[i].parent = p

self.open[i].dist = node.dist

continue

self.open.append(node)

def get_cost(self, x1, y1, x2, y2):

"""

上下左右直走，代价为1.0，斜走，代价为1.4

"""

if x1 == x2 or y1 == y2:

return 1.0

return 1.4

def node_in_close(self, node):

for i in self.close:

if node.x == i.x and node.y == i.y:

return True

return False

def node_in_open(self, node):

for i, n in enumerate(self.open):

if node.x == n.x and node.y == n.y:

return i

return - 1

def is_valid_coord(self, x, y):

if x < 0 or x >= self.width or y < 0 or y >= self.height:

return False

return test_map[y][x] != ' # '

def get_searched(self):

l = []

for i in self.open:

l.append((i.x, i.y))

for i in self.close:

l.append((i.x, i.y))

return l

# ########################################################

def print_test_map():

"""

打印搜索后的地图

"""

for line in test_map:

print '' .join(line)

def get_start_XY():

return get_symbol_XY( ' S ' )

def get_end_XY():

return get_symbol_XY( ' E ' )

def get_symbol_XY(s):

for y, line in enumerate(test_map):

try :

x = line.index(s)

except :

continue

else :

break

return x, y

# ########################################################

def mark_path(l):

mark_symbol(l, ' * ' )

def mark_searched(l):

mark_symbol(l, ' ' )

def mark_symbol(l, s):

for x, y in l:

test_map[y][x] = s

def mark_start_end(s_x, s_y, e_x, e_y):

test_map[s_y][s_x] = ' S '

test_map[e_y][e_x] = ' E '

def tm_to_test_map():

for line in tm:

test_map.append(list(line))

def find_path():

s_x, s_y = get_start_XY()

e_x, e_y = get_end_XY()

a_star = A_Star(s_x, s_y, e_x, e_y)

a_star.find_path()

searched = a_star.get_searched()

path = a_star.path

# 标记已搜索区域

mark_searched(searched)

# 标记路径

mark_path(path)

print " path length is %d " % (len(path))

print " searched squares count is %d " % (len(searched))

# 标记开始、结束点

mark_start_end(s_x, s_y, e_x, e_y)

if __name__ == " __main__ " :

# 把字符串转成列表

tm_to_test_map()

find_path()

print_test_map()

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