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A*寻路,二叉堆优化及AS3实现

[ 来源:不详 | 作者:eidiot | 时间:2007-9-11 22:49:44 | 浏览:统计中... ]

个索引0),那么它两个子节点分别是 n × 2 和 n × 2 + 1 ,父节点是n除以2取整。比如第3个元素(例中是20)的两个子节点位置是6和11,父节点位置是1。

对于二叉堆我们通常有三种操作:添加、删除和修改元素:

 * 添加元素
首先把要添加的元素加到数组的末尾,然后和它的父节点(位置为当前位置除以2取整,比如第4个元素的父节点位置是2,第7个元素的父节点位置是3)比较,如果新元素比父节点元素小则交换这两个元素,然后再和新位置的父节点比较,直到它的父节点不再比它大,或者已经到达顶端,及第1的位置。
* 删除元素
删除元素的过程类似,只不过添加元素是“向上冒”,而删除元素是“向下沉”:删除位置1的元素,把最后一个元素移到最前面,然后和它的两个子节点比较,如果较小的子节点比它小就将它们交换,直到两个子节点都比它大。
* 修改元素
和添加元素完全一样的“向上冒”过程,只是要注意被修改的元素在二叉堆中的位置。

可以看出,使用二叉堆只需很少的几步就可以完成排序,很大程度上提高了寻路速度。

关于二叉堆先生需要了解的就是这么多了,下面来看看他怎么帮助元帅工作:   

* 每次派出的“预备士兵”都会获得一个唯一的编号(ID),一直到寻路结束,它所有的数据包括位置、F值、G值、“父将”编号都将按这个ID存储。
* 每次有新的“开启士兵”加入,二叉堆先生将它的编号加入“开启士兵名录”并重新排序,使F值最低的ID始终排在最前面
* 当有“开启士兵”晋为“关闭将军”,删除“开启士兵名录”的第一个元素并重新排序
* 当某个“开启士兵”的F值被修改,更新其数据并重新排序

注意,“开启士兵名录”里存的只是人员的编号,数据全都另外存储。不太明白?没关系,元帅将在 第三部分 来次真刀实枪的大演兵。

经典论坛讨论:
http://bbs.blueidea.com/thread-2738527-1-1.html

地形数据不属于A*寻路的范围,这里定义一个 IMapTileModel 接口,由其它(模型)类来实现地图通路的判断。其它比如寻路超时的判断这里也不介绍,具体参考 AStar类及其测试代码。这里只介绍三部分主要内容:

* 数据存储
    * 寻路过程
    * 列表排序

数据存储
首先看看三个关键变量:

private var m_openList : Array; //开放列表,存放节点ID
private var m_openCount : int; //当前开放列表中节点数量
private var m_openId : int; //节点加入开放列表时分配的唯一ID(从0开始)

开放列表 m_openList 是个二叉堆(一维数组),F值最小的节点始终排在最前。为加快排序,开放列表中只存放节点ID ,其它数据放在各自的一维数组中:

private var m_xList : Array; //节点x坐标
private var m_yList : Array; //节点y坐标
private var m_pathScoreList : Array; //节点路径评分F值
private var m_movementCostList : Array; //(从起点移动到)节点的移动耗费G值
private var m_fatherList : Array; //节点的父节点(ID)

这些数据列表都以节点ID为索引顺序存储。看看代码如何工作:

//每次取出开放列表最前面的ID
currId = this.m_openList[0];
//读取当前节点坐标
currNoteX = this.m_xList[currId];
currNoteY = this.m_yList[currId];

还有一个很关键的变量:private var m_noteMap : Array;
//节点(数组)地图,根据节点坐标记录节点开启关闭状态和ID

使用 m_noteMap 可以方便的存取任何位置节点的开启关闭状态,并可取其ID进而存取其它数据。m_noteMap 是个三维数组,第一维y坐标(第几行),第二维x坐标(第几列),第三维节点状态和ID。判断点(p_x, p_y)是否在开启列表中:

return this.m_noteMap[p_y][p_x][NOTE_OPEN];

寻路过程
AStar类 寻路的方法是 find() :

/**
* 开始寻路
* @param p_startX        起点X坐标
* @param p_startY        起点Y坐标
* @param p_endX        终点X坐标
* @param p_endY        终点Y坐标
* @return                 找到的路径(二维数组 : [p_startX, p_startY], ... , [p_endX, p_endY])
*/      
public function find(p_startX : int, p_startY : int, p_endX : int, p_endY : int) : Array{/* 寻路 */}

注意这里返回数据的形式:从起点到终点的节点数组,其中每个节点为一维数组[x, y]的形式。为了加快速度,类里没有使用Object或是Point,节点坐标全部以数组形式存储。如节点note的x坐标为note[0],y坐标为note[1]。

下面开始寻路,第一步将起点添加到开启列表:

this.openNote(p_startX, p_startY, 0, 0, 0);

openNote() 方法将节点加入开放列表的同时分配一个唯一的ID、按此ID存储数据、对开启列表排序。接下来是寻路过程:

while (this.m_openCount > 0)
{
    //每次取出开放列表最前面的ID
    currId = this.m_openList[0];
    //将编码为此ID的元素列入关闭列表
    this.closeNote(currId);
    //如果终点被放入关闭列表寻路结束,返回路径
    if (currNoteX == p_endX && currNoteY == p_endY)
        return this.getPath(p_startX, p_startY, currId);
    //...每轮寻路过程
}
//开放列表已空,找不到路径
return null;

每轮的寻路:

//获取周围节点,排除不可通过和已在关闭列表中的
aroundNotes = this.getArounds(currNoteX, currNoteY);
//对于周围每个节点
for each (var note : Array in aroundNotes)
{
    //计算F和G值
    cost = this.m_movementCostList[currId] + (note[0] == currNoteX || note[1] == currNoteY) ? COST_STRAIGHT : COST_DIAGONAL;
    score = cost + (Math.abs(p_endX - note[0]) + Math.abs(p_endY - note[1])) * COST_STRAIGHT;
    if (this.isOpen(note[0], note[1])) //如果节点已在开启列表中
    {
        //测试节点的ID
    checkingId = this.m_noteMap[note[1]][note[0]][NOTE_ID];
    //如果新的G值比节点原来的G值小,修改F,G值,换父节点
    if(cost < this.m_movementCostList[checkingId])
    {
        this.m_movementCostList[checkingId] = cost;
        this.m_pathScoreList[checkingId] = score;
        this.m_fatherList[checkingId] = currId;
        //对开启列表重新排序
        this.aheadNote(this.getIndex(checkingId));
    }
    } else //如果节点不在开放列表中
    {
    //将节点放入开放列表
    this.openNote(note[0], note[1], score, cost, currId);
    }
}

从终点开始依次沿父节点回到到起点,返回找到的路径:

/**
* 获取路径
* @param p_startX    起始点X坐标
* @param p_startY    起始点Y坐标
* @param p_id        终点的ID
* @return             路径坐标数组
*/      
private function getPath(p_startX : int, p_startY : int, p_id: int) : Array
{
    var arr : Array = [];
    var noteX : int = this.m_xList[p_id];
    var noteY : int = this.m_yList[p_id];
    while (noteX != p_startX || noteY != p_startY)
    {
    arr.unshift([noteX, noteY]);
    p_id = this.m_fatherList[p_id];
    noteX = this.m_xList[p_id];
    noteY = this.m_yList[p_id];
    }
    arr.unshift([p_startX, p_startY]);
    this.destroyLists();
    return arr;
}

列表排序

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