A*寻路之旅：用SDL图形化演示

前言

欢迎来到小K的数据结构专栏的第十小节，本节将为大家带来A*寻路算法的图形化详解，学了之后寻路不再迷路（✨当然也为大家准备了完整的源码 ）~希望你看完之后，能对你有所帮助，不足请指正！共同学习交流

✨效果如下：

A*寻路算法图形化演示

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一、简单介绍

由来
✨在 A * 算法之前有一种基于启发式探索的方法来提高Dijkstra算法的速度，这个算法叫做A1。后来的改进算法被称为A * 。 * 这个符号是从统计文献中借鉴来的，用来表示相对一个旧有标准的最优估计

启发式探索是利用问题拥有的启发信息来引导搜索，达到减少探索范围，降低问题复杂度的目的。

✨A*寻路算法就是启发式探索的一个典型实践，在寻路的过程中，给每个节点绑定了一个估计值（即启发式），在对节点的遍历过程中是采取估计值优先原则，估计值更优的节点会被优先遍历。所以估计函数的定义十分重要，显著影响算法效率。

那么在上图中我们应该怎么评估出最短路径呐既然要评估，那肯定要有评估规则了，首先明确三个概念，H值，目前点到终点的曼哈顿距离（曼哈顿距离，就是两个位置长度差值和高度差值的和），G值，目前点到起点的消耗代价值，如果只是寻找路径，可以将该值也看成是这两点的曼哈顿距离，F值，H值和G值的和。所以A*寻路算法的评估由公示F=G+H来评估

✨我们先来尝试一下，假设每个格子的直线代价为10，斜线代价为14，则我们评估的起点周围的八个点的代价如下图所示：

✨怎么算的呐？我们以(2,2）为例，它到终点的曼哈顿距离我用黄色的矩形框起来了，横4纵4，然后乘上直线代价10，所以H为80，G一眼就可以看出，只有一个斜线代价，所以F为94

二、主要思想

在简单了解了A * 寻路算法了，我们不由得想，该怎么来寻？该用什么数据结构来描述？

• ✨该怎么来寻？这个问题其实上边已经给出答案了，用F=G+H来评估,在这之前我们需要一个点类型，H比较好求，我们计算出当前点和终点之间的横纵坐标差，然后相加，乘上直线代价就好了，G值呐？我们通过下面的八叉树类型来解决~

  typedef struct Mypos 
  {
  	int row, col;
  	int f, g, h;
  }Mypos;
  //计算H值
  int getH(Mypos* pos, Mypos* endPos)
  {
      int x = ((pos->row > endPos->row) ? (pos->row - endPos->row) : (endPos->row - pos->row));
      int y = ((pos->col > endPos->col) ? (pos->col - endPos->col) : (endPos->col - pos->col));
      return (x + y) * ZXDJ;
  }
  

• ✨该用什么数据结构？我首先想到的是八叉树，因为每个点周围都有八个点需要试探,下面是一个八叉树类型

  typedef struct MythreeNode 
  {
  	Mypos pos;                                     //点
  	struct MythreeNode* child[CHILD_NUM];          //孩子节点
  	struct MythreeNode* partent;                   //父节点
  	int child_Num;                                  //当前孩子数量
  }MythreeNode;
  

• ✨具体的寻路过程如下

第一步，先遍历周围的八个节点，把他们的斜线代价计算出来

第二步，判断能不能走，能走就计算出F，存入树和数组中，不能走直接把该孩子删掉

第三步，从buffer数组中找到最小的F值，走，然后用辅助地图标记走过

第四步，我们要判断找没找到终点，退出循环有两种情况，要么是找到终点了，要么是buffer数组为空了

上述步骤中有一个小问题，就是如果遇到死胡同问题怎么办？比如下图：

✨第一步直接走到黄色的圈圈了，发现没路了，怎么办？我们思路回退一下，如果我们走完buffer数组中最小的，再把最小的删了不就可以了，这样下一步就会回到起点，这个问题就解决了

三、附上源码

✨A.h

#ifndef _A_H_
#define _A_H_
#include
#include
#include
#include
#include
#include
//行列
#define ROWS 10
#define COLS 10
//代价
#define ZXDJ 10
#define XXDJ 14
//最大孩子数量
#define CHILD_NUM 8
//临时数组容量
#define NUMS_SIZE 1024
//路
enum type { road, wall };
//方向
enum Mydirect { p_up, p_down, p_left, p_right, p_upleft, p_upright, p_downleft, p_downright };
//点类型
typedef struct Mypos 
{
	int row, col;
	int f, g, h;
}Mypos;
//八叉树类型
typedef struct MythreeNode 
{
	Mypos pos;                                     //点
	struct MythreeNode* child[CHILD_NUM];          //孩子节点
	struct MythreeNode* partent;                   //父节点
	int child_Num;                                  //当前孩子数量
}MythreeNode;
//获得H值
int getH(Mypos* pos, Mypos* endPos);
//创建八叉树节点
MythreeNode* create_ThreeNode(Mypos* pos);
//判断能不能走
bool Can_Walk(Mypos* pos, bool map[ROWS][COLS], bool Pathmap[ROWS][COLS]);
//加载图片
SDL_Texture* load_BMP(SDL_Renderer* Ren, const char* fillname);
//绘图
void draw_Map(bool map[ROWS][COLS], Mypos* pos, SDL_Renderer* Ren, SDL_Texture** tex);

#endif // _A_H_

✨A.c

#include "A.h"

int getH(Mypos* pos, Mypos* endPos)
{
    int x = ((pos->row > endPos->row) ? (pos->row - endPos->row) : (endPos->row - pos->row));
    int y = ((pos->col > endPos->col) ? (pos->col - endPos->col) : (endPos->col - pos->col));
    return (x + y) * ZXDJ;
}

MythreeNode* create_ThreeNode(Mypos* pos)
{
    MythreeNode* newNode = (MythreeNode*)malloc(sizeof(MythreeNode));
    if (NULL == newNode) return newNode;
    memset(newNode, 0, sizeof(MythreeNode));
    newNode->pos.row = pos->row;
    newNode->pos.col = pos->col;
    newNode->pos.g = pos->g;
    return newNode;
}

bool Can_Walk(Mypos* pos, bool map[ROWS][COLS], bool Pathmap[ROWS][COLS])
{
    //越界
    if (pos->row < 0 || pos->row >= ROWS || pos->col < 0 || pos->col >= ROWS) return false;
    //是墙
    if (map[pos->row][pos->col]) return false;
    //走过
    if (Pathmap[pos->row][pos->col]) return false;
    return true;
}

SDL_Texture* load_BMP(SDL_Renderer* Ren, const char* fillname)
{
    SDL_Surface* sfc = SDL_LoadBMP(fillname);
    if (!sfc)
    {
        SDL_Log("sfc filed %s", SDL_GetError());
        return NULL;
    }
    SDL_Texture* tex = SDL_CreateTextureFromSurface(Ren, sfc);
    if (!tex)
    {
        SDL_Log("tex failed %s", SDL_GetError());
        SDL_FreeSurface(sfc);
        return NULL;
    }
    SDL_FreeSurface(sfc);
    return tex;
}

void draw_Map(bool map[ROWS][COLS], Mypos* pos,SDL_Renderer* Ren,SDL_Texture** tex)
{
    for (int i = 0; i < ROWS; i++)
    {
        for (int j = 0; j < COLS; j++) 
        {
            SDL_Rect rect = { j * 64,i * 64,64,64 };

            if (!map[i][j])
            {
                SDL_RenderCopy(Ren, tex[2], NULL, &rect);
            }
            else if (map[i][j])
            {
                SDL_RenderCopy(Ren, tex[3], NULL, &rect);
            }
            if (pos->row == i && pos->col == j) 
            {
                SDL_RenderCopy(Ren, tex[0], NULL, &rect);
            }
           if (7 == i && 6 == j)
           {
               SDL_RenderCopy(Ren, tex[1], NULL, &rect);
           }

        }
    }
}

✨main.c

四、总结

✨本节讲解的数据结构——A*寻路算法，他不仅是一种算法思想，它还是路径规划，游戏中普通人物挂机状态的寻路的灵魂，所以它是值得我们花费时间去掌握的~下节见!