在 C# 中获得 A*（A 星）算法的简单实现应该是哪种方式？
【问题讨论】：
This article详细解释了基本实现：
这篇博文的目的是通过一个非常简单的 C# 实现来展示 A* 的基础知识。
它还指向更好的实现，更适合生产使用：
至于如何找到更好的路线，周围有很多 C# 示例比这个更好、更丰富。 CastorTiu 在 CodeProject 上有一个非常好的演示解决方案，A* algorithm implementation in C#，它可以动画搜索算法并允许用户调整一些设置。 [...]
EpPathFinding.cs- A Fast Path Finding Algorithm (Jump Point Search) in C# (grid-based)。它有一个漂亮、清晰的 GUI，并允许调整一些设置。
【讨论】：
在函数 AStar 中，我们首先创建一个新的 matrixNode，参数为 fromX 和 fromY。 matrixNode 具有属性，“fr”是任何给定 matrixNode 到起始节点的距离，“to”属性是给定 matrixNode 到目标 matrixNode 的距离（在坐标（3,3 ) 在 unitTest 的示例中），以及一个属性“sum”，它是“to”和“fr”的总和。属性 parent 是对给定节点在从开始节点到达结束节点的路径中移动到的 matrixNode 的引用。字典 greens 和 reds 分别是 openSet 和 closedSet，如 Wikipedia 上的 A* search algorithm 页面所述。这些集合的一般想法是，我们试图在绿色/开放集合中找到具有最低“sum”值的 matrixNode，因为“sum”是节点到起始节点的距离总和 ( fromX,fromY) 和结束节点 (toX, toY)
public static void unitTest_AStar()
{
char[][] matrix = new char[][] { new char[] {'-', 'S', '-', '-', 'X'},
new char[] {'-', 'X', 'X', '-', '-'},
new char[] {'-', '-', '-', 'X', '-'},
new char[] {'X', '-', 'X', 'E', '-'},
new char[] {'-', '-', '-', '-', 'X'}};
//looking for shortest path from 'S' at (0,1) to 'E' at (3,3)
//obstacles marked by 'X'
int fromX = 0, fromY = 1, toX = 3, toY = 3;
matrixNode endNode = AStar(matrix, fromX, fromY, toX, toY);
//looping through the Parent nodes until we get to the start node
Stack<matrixNode> path = new Stack<matrixNode>();
while (endNode.x != fromX || endNode.y != fromY)
{
path.Push(endNode);
endNode = endNode.parent;
}
path.Push(endNode);
Console.WriteLine("The shortest path from " +
"(" + fromX + "," + fromY + ") to " +
"(" + toX + "," + toY + ") is: \n");
while (path.Count > 0)
{
matrixNode node = path.Pop();
Console.WriteLine("(" + node.x + "," + node.y + ")");
}
}
public class matrixNode
{
public int fr = 0, to = 0, sum = 0;
public int x, y;
public matrixNode parent;
}
public static matrixNode AStar(char[][] matrix, int fromX, int fromY, int toX, int toY)
{
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// in this version an element in a matrix can move left/up/right/down in one step, two steps for a diagonal move.
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//the keys for greens and reds are x.ToString() + y.ToString() of the matrixNode
Dictionary<string, matrixNode> greens = new Dictionary<string, matrixNode>(); //open
Dictionary<string, matrixNode> reds = new Dictionary<string, matrixNode>(); //closed
matrixNode startNode = new matrixNode { x = fromX, y = fromY };
string key = startNode.x.ToString() + startNode.x.ToString();
greens.Add(key, startNode);
Func<KeyValuePair<string, matrixNode>> smallestGreen = () =>
{
KeyValuePair<string, matrixNode> smallest = greens.ElementAt(0);
foreach (KeyValuePair<string, matrixNode> item in greens)
{
if (item.Value.sum < smallest.Value.sum)
smallest = item;
else if (item.Value.sum == smallest.Value.sum
&& item.Value.to < smallest.Value.to)
smallest = item;
}
return smallest;
};
//add these values to current node's x and y values to get the left/up/right/bottom neighbors
List<KeyValuePair<int, int>> fourNeighbors = new List<KeyValuePair<int, int>>()
{ new KeyValuePair<int, int>(-1,0),
new KeyValuePair<int, int>(0,1),
new KeyValuePair<int, int>(1, 0),
new KeyValuePair<int, int>(0,-1) };
int maxX = matrix.GetLength(0);
if (maxX == 0)
return null;
int maxY = matrix[0].Length;
while (true)
{
if (greens.Count == 0)
return null;
KeyValuePair<string, matrixNode> current = smallestGreen();
if (current.Value.x == toX && current.Value.y == toY)
return current.Value;
greens.Remove(current.Key);
reds.Add(current.Key, current.Value);
foreach (KeyValuePair<int, int> plusXY in fourNeighbors)
{
int nbrX = current.Value.x + plusXY.Key;
int nbrY = current.Value.y + plusXY.Value;
string nbrKey = nbrX.ToString() + nbrY.ToString();
if (nbrX < 0 || nbrY < 0 || nbrX >= maxX || nbrY >= maxY
|| matrix[nbrX][nbrY] == 'X' //obstacles marked by 'X'
|| reds.ContainsKey(nbrKey))
continue;
if (greens.ContainsKey(nbrKey))
{
matrixNode curNbr = greens[nbrKey];
int from = Math.Abs(nbrX - fromX) + Math.Abs(nbrY - fromY);
if (from < curNbr.fr)
{
curNbr.fr = from;
curNbr.sum = curNbr.fr + curNbr.to;
curNbr.parent = current.Value;
}
}
else
{
matrixNode curNbr = new matrixNode { x = nbrX, y = nbrY };
curNbr.fr = Math.Abs(nbrX - fromX) + Math.Abs(nbrY - fromY);
curNbr.to = Math.Abs(nbrX - toX) + Math.Abs(nbrY - toY);
curNbr.sum = curNbr.fr + curNbr.to;
curNbr.parent = current.Value;
greens.Add(nbrKey, curNbr);
}
}
}
}
【讨论】：