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A*算法

启发式搜索:启发式搜索就是在状态空间中的搜索对每一个搜索的位置进行评估,得到最好的位置,再从这个位置进行搜索直到目标。这样可以省略大量无畏的搜索路径,提到了效率。在启发式搜索中,对位置的估价是十分重要的。采用了不同的估价可以有不同的效果。

估价函数:从当前节点移动到目标节点的预估费用;这个估计就是启发式的。 

如: 

    f(n) = g(n) + h(n) 

    其中f(n) 是节点n的估价函数,g(n)实在状态空间中从初始节点到n节点的实际代价,h(n)是从n到目 标节点最佳路径的估计代价。

A*算法与BFS:可以这样说,BFS是A*算法的一个特例。对于一个BFS算法,从当前节点扩展出来的每一个节点(如果没有被访问过的话)都要放进队列进行进一步扩展。也就是说BFS的估计函数h永远等于0,没有一点启发式的信息,可以认为BFS是“最烂的”A*算法。

选取最小估价:如果学过数据结构的话,应该可以知道,对于每次都要选取最小估价的节点,应该用到最小优先级队列(也叫最小二叉堆)。在C++的STL里有现成的数据结构priority_queue,可以直接使用。当然不要忘了重载自定义节点的比较操作符。

A*算法的特点:A*算法在理论上是时间最优的,但是也有缺点:它的空间增长是指数级别的。

 

启发式搜索其实有很多的算法,比如:局部择优搜索法、最好优先搜索法等等。当然A*也是。这些算法 都使用了启发函数,但在具体的选取最佳搜索节点时的策略不同。象局部择优搜索法,就是在搜索的过程中 选取“最佳节点”后舍弃其他的兄弟节点,父亲节点,而一直得搜索下去。这种搜索的结果很明显,由于舍 弃了其他的节点,可能也把最好的节点都舍弃了,因为求解的最佳节点只是在该阶段的最佳并不一定是全局 的最佳。最好优先就聪明多了,他在搜索时,便没有舍弃节点(除非该节点是死节点),在每一步的估价中 都把当前的节点和以前的节点的估价值比较得到一个“最佳的节点”。这样可以有效的防止“最佳节点”的 丢失。那么A*算法又是一种什么样的算法呢?其实A*算法也是一种最好优先的算法。

Dijstra算法过程,遍历很多节点,盲目搜索

A*搜索过程:

A*伪代码:

Best_First_Search()
{
Open = [起始节点]; Closed = [];
while ( Open表非空 )
{
从Open中取得一个节点X,并从OPEN表中删除。
if (X是目标节点)
{
求得路径PATH;返回路径PATH;
}
for (每一个X的子节点Y)
{
if( Y不在OPEN表和CLOSE表中 )
{
求Y的估价值;并将Y插入OPEN表中;//还没有排序
}
else
if( Y在OPEN表中 )
{
if( Y的估价值小于OPEN表的估价值 )
更新OPEN表中的估价值;
}
else //Y在CLOSE表中
{
if( Y的估价值小于CLOSE表的估价值 )
{
更新CLOSE表中的估价值;
从CLOSE表中移出节点,并放入OPEN表中;
}
}
将X节点插入CLOSE表中;
按照估价值将OPEN表中的节点排序;
}//end for
}//end while
}//end func

A*算法