路径规划算法分类

 

 

 

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### 路径规划算法分类 路径规划算法可以分为多个类别,这些类别的划分基于不同的原则和技术特点。以下是常见的路径规划算法分类,并以树状图的形式展示。 #### 树状图表示 ```mermaid graph TD; A[路径规划算法] --> B[几何方法]; A --> C[采样方法]; A --> D[启发式搜索]; A --> E[生物启发算法]; B --> F[Voronoi图]; B --> G[可视图]; C --> H[RRT (Rapidly-exploring Random Tree)]; C --> I[PRM (Probabilistic Roadmap)]; D --> J[A*算法]; D --> K[Dijkstra算法]; E --> L[蚁群优化]; E --> M[遗传算法]; ``` --- #### 各类算法详解 1. **几何方法** 几何方法主要依赖于环境的几何特性来构建路径模型。 - Voronoi图:通过计算障碍物之间的距离生成安全区域[^5]。 - 可视图:将地图划分为节点和边,利用可见性关系寻找最短路径[^6]。 2. **采样方法** 采样方法适用于高维空间或复杂环境下的路径规划。 - RRT(快速扩展随机树):通过随机采样逐步逼近目标位置[^7]。 - PRM(概率路线图):预先构建一张连接可能状态的地图,在线查询时高效找到路径[^8]。 3. **启发式搜索** 启发式搜索结合了代价评估函数和优先级队列技术。 - A*算法:综合考虑已知成本和估计剩余成本,实现高效的全局最优路径搜索[^9]。 - Dijkstra算法:仅关注当前最低累积开销的状态扩展,适合无权重或者正权值的情况[^10]。 4. **生物启发算法** 生物启发算法模仿自然界中的行为模式解决复杂的组合优化问题。 - 蚁群优化:模拟蚂蚁觅食过程中释放的信息素机制完成路径选择[^11]。 - 遗传算法:采用进化论的思想,通过对种群个体的选择、交叉与变异操作得到近似解[^12]。 --- ### 示例代码片段 以下是一个简单的A*算法伪代码示例: ```python def a_star(start, goal, heuristic_func): open_set = PriorityQueue() open_set.put((0, start)) came_from = {} g_score = {start: 0} while not open_set.empty(): current = open_set.get()[1] if current == goal: return reconstruct_path(came_from, current) for neighbor in get_neighbors(current): tentative_g_score = g_score[current] + distance_between(current, neighbor) if neighbor not in g_score or tentative_g_score < g_score[neighbor]: came_from[neighbor] = current g_score[neighbor] = tentative_g_score f_score = tentative_g_score + heuristic_func(neighbor, goal) open_set.put((f_score, neighbor)) return None # No path found ``` --- ### 总结 路径规划算法可以根据其核心思想和技术手段划分为多种类型,每种类型的适用范围有所不同。几何方法适合简单二维平面;采样方法擅长处理连续高维空间;启发式搜索能够提供较优的时间性能;而生物启发算法则更倾向于求解大规模离散优化问题。 ---
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