路径规划A*算法

A*算法结合了Dijkstra算法和Best-First Search的优点,能够高效地找到起点到终点的最优路径。它通过评估函数g(n)和h(n)进行路径估算,其中h(n)表示节点到目标的预估距离。当h(n)准确时,算法能确保找到最优解。常见的评估函数包括欧几里得、曼哈顿和切比雪夫距离。A*算法的伪代码和MATLAB实现也在文中给出。

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A*算法是在Dijkstra算法上进行改进,毕竟,我们是知道终点和起点的位置信息的,Dijkstra算法完全是四面八方全都找,然而我们既然已经知道,比方说重点在起点的北方,那么完全可以直接往北方搜索。

所以算法综合了Best-First Search和Dijkstra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(x)=g(x)+h(x)

  • 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Best-First Search,速度最快,但可能得不出最优解;
  • 如果h(n)不高于实际到目标顶点的距离,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定点;

  • 4方向用 L1 距离

  • 8方向用 L 距离,也就是max
  • 任意方向用 L2 距离

heuristic function

这个评估函数,其实就是给搜索算法一个知识,告诉搜索算法往哪个方向比较对。
评估函数有这么几个特性:

  • 将每一个节点映射到非负实数 H:nod
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