後面準備談談個人對A*算法的理解,這篇算是很重要的基礎知識。
之前說到地圖上一般用網格圖的方式進行簡化和标準化,那麼計算兩點之間的距離,常用的方法有三:
曼哈頓距離适用于隻可上下左右移動的地圖。最典型的可以看回龍觀地圖:
回龍觀地圖
如上圖,假設你坐一輛出租車,想從A點到B點,隻能向上下左右方向移動,圖中藍線這種斜穿小區的移動是不可以的,所以也叫出租車距離、城市街區距離。
網格圖
如上圖,紅色方塊僅可向上下左右四個綠色方塊移動。
曼哈頓距離就是兩個點在标準坐标系上的絕對軸距總和。
曼哈頓距離
如圖,設A(1,2),B(4,4),設直線移動一單位距離為D,則公式為:
(|A.x-B.x| |A.y-B.y|)*D。
可得d=(|1-4| |2-4|)*D=5D。
上圖紅黃綠三條線路的曼哈頓距離都是5D。
對角線距離适用于可以斜向移動的圖形,如下圖。
網格圖
設直線移動一單位距離為D,那麼斜向移動距離,其實就是根據勾股定理,求腰為D的等腰直角三角形的斜邊,即√2D。
對角線距離
設A(1,2),B(4,4),根據公式:
dx=|A.x-B.x|
dy=|A.y-B.y|
D*(dx dy) (√2D-2D)*min(dx,dy)
可得距離約等于3.8D。
因為涉及到開2的平方根計算,必然出現浮點數,計算機處理起來比較耗費資源,在這裡我們可以在損失一定精度的情況下,進行優化。
我們知道√2≈1.4,如果我們假設D=10,則√2D≈14,如此,我們将兩個常數代入公式,就将涉及浮點數的開平方根運算轉換成了整數的加減乘運算。
得出距離為38。
歐幾裡得距離适用于可以随意移動的圖形。
歐幾裡得距離
其實就是根據勾股定理求斜邊。
設直線移動一單位距離為D,公式如下:
dx=|A.x-B.x|
dy=|A.y-B.y|
D*sqrt(dx*dx dy*dy)
如上圖,設A(1,1),B(5,4),勾三股四弦五,AB的直線距離必為5。
多啰嗦幾句,因為地球是個球體,我們有山、高原、平原、盆地、海溝等地形,是個三維的,所以求兩個真實地點的距離還要考慮更多的因素,比如兩點的弧長,高度差、地球半徑等。
但是如果隻是估算一個大概的距離,或者隻需要求出兩點的最短路徑,或者兩點就在一個不大的區域内,比如回龍觀。單純地使用歐幾裡得算法也夠用了。
代碼
public class Distance {
/**
* 直線移動一單位距離代價
*/
private static final BigDecimal straightCost = new BigDecimal(10);
/**
* 對角線移動一單位距離代價<br/>
* 如果要求高精度,可以設置為BigDecimal(Math.sqrt(2)).multiply(Distance.straightCost);
*/
private static final BigDecimal diagonalCost = new BigDecimal(14);
/**
* 曼哈頓距離<br/>
* (|start.x-end.x| |start.y-end.y|)*straightCost
*
* @param start
* @param end
* @return
*/
public static BigDecimal manhattan(Node start, Node end) {
int dx = Math.abs(start.getX() - end.getX());
int dy = Math.abs(start.getY() - end.getY());
return Distance.straightCost.multiply(new BigDecimal(dx dy));
}
/**
* 對角線距離<br/>
* 曼哈頓距離 (sqrt(2)-2*straightCost)*min(dx,dy)
*
* @param start
* @param end
* @return
*/
public static BigDecimal diagonal(Node start, Node end) {
int dx = Math.abs(start.getX() - end.getX());
int dy = Math.abs(start.getY() - end.getY());
BigDecimal dxy = new BigDecimal(dx dy);
BigDecimal minDxy = new BigDecimal(Math.min(dx, dy));
BigDecimal result = Distance.straightCost.multiply(dxy).add(Distance.diagonalCost.multiply(minDxy))
.subtract(minDxy.multiply(Distance.straightCost).multiply(new BigDecimal(2)));
return result;
}
/**
* 歐幾裡得距離<br/>
* 就是根據勾股定理求斜邊。straightCost*sqrt(dx*dx dy*dy)
*
* @param start
* @param end
* @return
*/
public static BigDecimal euclidean(Node start, Node end) {
int dx = Math.abs(start.getX() - end.getX());
int dy = Math.abs(start.getY() - end.getY());
return Distance.straightCost.multiply(new BigDecimal(Math.sqrt(dx * dx dy * dy)));
}
public static void main(String[] args) {
Node start = new Node(1, 1);
Node end = new Node(5, 4);
System.out.println(Distance.manhattan(start, end));
System.out.println(Distance.diagonal(start, end));
System.out.println(Distance.euclidean(start, end));
}
}
Node類就x,y兩個參數,不再附上。
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