A*算法(啟發(fā)式算法)

A*算法
這是我寫(xiě)的第一篇有關(guān)A*算法的文章,寫(xiě)得比較簡(jiǎn)潔,我決定再寫(xiě)一篇蔓挖,補(bǔ)充一下對(duì)A*算法的理解。

A*算法的啟發(fā)函數(shù):

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

A*算法把Dijkstra算法(靠近初始點(diǎn)的結(jié)點(diǎn))和BFS算法(靠近目標(biāo)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn))的信息塊結(jié)合起來(lái)馆衔。
g(n)表示從初始結(jié)點(diǎn)到任意結(jié)點(diǎn)n的實(shí)際代價(jià)
h(n)表示從結(jié)點(diǎn)n到目標(biāo)點(diǎn)的啟發(fā)式評(píng)估代價(jià)

啟發(fā)式函數(shù)

(1)h(n)=0瘟判,一種極端情況
如果h(n)=0,則只有g(shù)(n)起作用角溃,此時(shí)A*演變成Dijkstra算法拷获,這保證能找到最短路徑,但效率不到减细,因?yàn)榈貌坏絾l(fā)匆瓜。
(2)h(n)<實(shí)際代價(jià)
如果h(n)經(jīng)常都比從n移動(dòng)到目標(biāo)的實(shí)際代價(jià)小(或者相等)未蝌,則A*保證能找到一條最短路徑驮吱。h(n)越小,A*擴(kuò)展的結(jié)點(diǎn)越多树埠,運(yùn)行就越慢糠馆。
(3)h(n)=實(shí)際代價(jià)
如果h(n)精確地等于從n移動(dòng)到目標(biāo)的實(shí)際代價(jià),則A*將會(huì)僅僅尋找最佳路徑而不擴(kuò)展別的任何結(jié)點(diǎn)怎憋,這會(huì)運(yùn)行得非秤致担快。盡管這不可能在所有情況下發(fā)生绊袋,你仍可以在一些特殊情況下讓它們精確地相等(指讓h(n)精確地等于實(shí)際代價(jià))毕匀。只要提供完美的信息,A*就會(huì)運(yùn)行得很完美癌别。
(4)h(n)>實(shí)際代價(jià)
如果h(n)有時(shí)比從n移動(dòng)到目標(biāo)的實(shí)際代價(jià)大皂岔,則A*不能保證找到一條最短路徑,但它運(yùn)行得更快展姐。
(5)h(n)>>實(shí)際代價(jià)(>>遠(yuǎn)大于)躁垛,另一種極端情況
如果h(n)比g(n)大很多剖毯,則只有h(n)起作用,A*演變成BFS算法教馆。

實(shí)現(xiàn)Open集和Close集的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是什么逊谋?

數(shù)組?鏈表土铺?
在Open集上主要有三種操作:查找優(yōu)先級(jí)最高的結(jié)點(diǎn)&刪除結(jié)點(diǎn)胶滋、查找相鄰結(jié)點(diǎn)是否在集合中、插入新結(jié)點(diǎn)
在Close集上主要有兩種操作:查找相鄰結(jié)點(diǎn)是否在集合中悲敷、插入新節(jié)點(diǎn)
(1)未排序數(shù)組或鏈表
最簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是未排序數(shù)組或鏈表究恤。查找結(jié)點(diǎn),花費(fèi)O(N)后德;插入結(jié)點(diǎn)部宿,花費(fèi)O(1);刪除結(jié)點(diǎn)探遵,花費(fèi)O(N)
(2)排序數(shù)組
為了加快刪除操作窟赏,可以對(duì)數(shù)組進(jìn)行排序。查找結(jié)點(diǎn)箱季,變成O(logN)涯穷,因?yàn)榭梢允褂谜郯氩檎遥徊迦虢Y(jié)點(diǎn)藏雏,花費(fèi)O(N)拷况;查找和刪除優(yōu)先級(jí)最高的結(jié)點(diǎn),花費(fèi)O(1)
(3)排序鏈表
在排序數(shù)組中掘殴,插入操作很慢赚瘦。如果使用鏈表則可以加速該操作。查找結(jié)點(diǎn)奏寨,花費(fèi)O(N)起意;插入結(jié)點(diǎn),花費(fèi)O(1)病瞳,但查找插入位置揽咕,需要花費(fèi)O(N)
(4)哈希表
使用哈希表,查找結(jié)點(diǎn)套菜,花費(fèi)O(1)亲善;插入結(jié)點(diǎn),花費(fèi)O(1)逗柴;查找和刪除優(yōu)先級(jí)最高的結(jié)點(diǎn)蛹头,花費(fèi)O(N)

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