不再依赖A*，利用C++编写全新寻路算法

不再依赖A*，利用C++编写全新寻路算法

分类： C/C++ 2013-07-02 19:24  1841人阅读  评论(8)  收藏  举报

C++ 算法 寻路

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一，说在前面的话

大概在半年前，看见一到信息竞赛题：在任意方格阵中设置障碍物，确定起始点后，求这两点之间路径。当时觉得蛮有意思的，但是没有时间去做，今天花了两个小时来实现它。据说有一个更高级的寻路算法叫做a*, 那我就把我的算法叫做W*。

这个算法主要用于解迷宫和实现战棋游戏(SLG)的寻路。


首先讲一讲我的算法的思路：
我们先确定起始点，然后从起点出发，按一定顺序判断这个位置上下左右是否有可走的位置，如果发现有可走的位置，则递归进入该位置的判断。在递归的同时记录所走的路线。当发现某个位置无路可走，则删除路线的最后一个位置并返回上级位置进行判断。如此反复尝试最终找到路线。

说了这么多，就来讲解一下代码吧。

二，讲解部分

包含头文件（全部都是stl中的）：

 #include <map>
 #include <vector>
 #include <iostream>

为几个冗长的类型重命名，用来使后来的代码更明了。

 typedef     unsigned int                uint;
 typedef     std::vector<int>          CRow;
 //相当于把CLabyrinth定义成一个整型的二维数组
 typedef     std::vector<CRow>         CLabyrinth;

定义一个类类型表示二维数组中的位置：

 class CPoint
 {

 public:

     int col;            //列
     int row;            //行

 public:

     //构造函数，接受行和列的初始化
     CPoint(int c = 0, int r = 0)
         : col(c)
         , row(r)
     {
         return;
     }

     //赋值操作
     CPoint& operator=(const CPoint& pt)
     {
         col = pt.col;
         row = pt.row;
         return *this;
     }

     //比较操作
     bool operator==(const CPoint& pt)
     {
         return col == pt.col && row == pt.row;
     }

     //判断该位置是否合法
     bool allRight()
     {
         return col >= 0 && row >= 0;
     }

 };

 typedef     std::vector<CPoint>           CRoute;

然后到了核心类类型CLabyrinthAI

 {

 protected:

     //装有迷宫数据的二维数组
     CLabyrinth      m_xLabyrinth;
     //起点位置
     CPoint          m_ptBeginning;
     //终点位置
     CPoint          m_ptEnding;
     //记录路线的数组
     CRoute          m_vRoute;

 public:

     //枚举表示起点、终点的值
     enum{Beginning = -1, Ending = -2};
     //枚举表示障碍物与可走区的值
     enum{CanntGo = 0, CanGo = 1};
     //枚举是否找到终点
     enum{FoundEnding = 0, NotFoundEnding = 1};

 protected:

     //判断某个位置是否已在路线数组中，用于别走重复的路
     bool isRepeat(const CPoint& pt)
     {
         bool bRes = false;
         CRoute::iterator it = m_vRoute.begin();
         for(; it != m_vRoute.end(); it++){
             CPoint pt0 = *it;
             if(pt0 == pt){
                 bRes = true;
                 break;
             }
         }
         return bRes;
     }

     //将某一位置加入路线数组
     void advance(const CPoint& ptTo)
     {
         m_vRoute.push_back(ptTo);
     }

     //将路线数组最后一个位置弹出
     void back()
     {
         m_vRoute.pop_back();
     }

     //判断某一位置是否是起点
     bool isBeginning(const CPoint& pt)
     {
         return m_ptBeginning == pt;
     }

     //判断某一位置是否是终点
     bool isEnding(const CPoint& pt)
     {
         return m_ptEnding == pt;
     }

 /*-----------------核心算法------------------------*/
     //判断某一位置是否可以向上移动
     CPoint canUp(const CPoint& ptCurrent)   //接受当前位置
     {
         CPoint ptRes = CPoint(-1, -1);
         int col = ptCurrent.col;
         int row = ptCurrent.row;
         if(row > 0){
             CPoint ptNext = CPoint(col, row - 1);   //上移后位置
             //检查上移后位置是否已经走过，以免寻路过程中绕圈子进入死循环
             if(!isRepeat(ptNext)){
                 //获得迷宫二维数组中上移后位置的属性（起点、终点、可走、障碍）
                 int nAttr = m_xLabyrinth[ptNext.row][ptNext.col];
                 //如果上移后位置为可走或到达终点，则设定返回值为上移后的位置
                 if(nAttr == CanGo || nAttr == Ending){
                     ptRes = ptNext;
                 }
             }
         }
         return ptRes;   //如果上移后位置不可走则返回非法的位置
     }

     //以下判断某一位置可否移动的原理大致与上相同，就不多说了

     //判断某一位置是否可以向下移动
     CPoint canDown(const CPoint& ptCurrent)
     {
         CPoint ptRes = CPoint(-1, -1);
         int col = ptCurrent.col;
         int row = ptCurrent.row;
         if(row < m_xLabyrinth.size() - 1){
             CPoint ptNext = CPoint(col, row + 1);
             if(!isRepeat(ptNext)){
                 int nAttr = m_xLabyrinth[ptNext.row][ptNext.col];
                 if(nAttr == CanGo || nAttr == Ending){
                     ptRes = ptNext;
                 }
             }
         }
         return ptRes;
     }

     //判断某一位置是否可以向左移动
     CPoint canLeft(const CPoint& ptCurrent)
     {
         CPoint ptRes = CPoint(-1, -1);
         int col = ptCurrent.col;
         int row = ptCurrent.row;
         if(col > 0){
             CPoint ptNext = CPoint(col - 1, row);
             if(!isRepeat(ptNext)){
                 int nAttr = m_xLabyrinth[ptNext.row][ptNext.col];
                 if(nAttr == CanGo || nAttr == Ending){
                     ptRes = ptNext;
                 }
             }
         }
         return ptRes;
     }

     //判断某一位置是否可以向右移动
     CPoint canRight(const CPoint& ptCurrent)
     {
         CPoint ptRes = CPoint(-1, -1);
         int col = ptCurrent.col;
         int row = ptCurrent.row;
         if(col < m_xLabyrinth[0].size() - 1){
             CPoint ptNext = CPoint(col + 1, row);
             if(!isRepeat(ptNext)){
                 int nAttr = m_xLabyrinth[ptNext.row][ptNext.col];
                 if(nAttr == CanGo || nAttr == Ending){
                     ptRes = ptNext;
                 }
             }
         }
         return ptRes;
     }

 /*
 *判断某一位置是否可以向四周移动，如果判断到某一位置可以移动，则递归进入该位置判断。
 *如果该位置没有任何位置可移动，则返会上级位置并且调用back函数。如果走到终点，
 *则立刻返回枚举值FoundEnding，上级位置检查到返回值为FoundEnding，也直接返回。
 */
     int findRoute(const CPoint& ptCurrent)
     {
         int nRes = NotFoundEnding;      //默认返回值为没有找到终点
         CPoint ptNext = CPoint(-1, -1);

         advance(ptCurrent);         //将当前位置加入路线数组

         //判断当前位置是否是终点，如果是终点则不进行下面的判断，将返回值设置为找到终点
         if(isEnding(ptCurrent)){
             nRes = FoundEnding;
         }else{                  //按上左下右的顺序判断有无可走路径
             //尝试向上
             ptNext = canUp(ptCurrent);  //获取向上走后的位置
             //判断向上走后的位置是否是合法位置，若不合法，则表明上走到了迷宫的边缘，或者上面没有可走路径
             if(ptNext.allRight()){
                 //上述判断成功，则将向上移动后的位置传入给自己，进行递归。当该函数退出，查看返回值是否为找到终点。若找到终点则立刻返回FoundEnding
                 if(findRoute(ptNext) == FoundEnding){
                     nRes = FoundEnding;
                     return nRes;
                 }
             }
 //下列尝试四周位置是否可走的代码与上述大体相同，就不多说了
             //尝试向左
             ptNext = canLeft(ptCurrent);
             if(ptNext.allRight()){
                 if(findRoute(ptNext) == FoundEnding){
                     nRes = FoundEnding;
                     return nRes;
                 }
             }
             //尝试向下
             ptNext = canDown(ptCurrent);
             if(ptNext.allRight()){
                 if(findRoute(ptNext) == FoundEnding){
                     nRes = FoundEnding;
                     return nRes;
                 }
             }
             //尝试向右
             ptNext = canRight(ptCurrent);
             if(ptNext.allRight()){
                 if(findRoute(ptNext) == FoundEnding){
                     nRes = FoundEnding;
                     return nRes;
                 }
             }
         }

         //检测是否到达终点，若没有到达终点，则立刻从路线表中删除该位置
         if(nRes != FoundEnding){
             back();
         }

         return nRes;
     }
 /*-----------------核心算法------------------------*/

 public:

     //构造函数
     CLabyrinthAI()
     {
         return;
     }

     //带有初始化迷宫数组构造函数
     CLabyrinthAI(const CLabyrinth& vLabyrinth)
     {
         m_xLabyrinth = vLabyrinth;
         getBeginning();
         getEnding();
     }

     //初始化迷宫数组
     void setLabyrinth(const CLabyrinth& vLabyrinth)
     {
         m_xLabyrinth = vLabyrinth;
     }

     //查找起点
     void getBeginning()
     {
         uint nRow = 0;
         for(; nRow < m_xLabyrinth.size(); nRow++){
             CRow xRow = m_xLabyrinth[nRow];
             uint nCol = 0;
             for(; nCol < xRow.size(); nCol++){
                 int n = xRow[nCol];
                 if(n == Beginning){
                     m_ptBeginning = CPoint(nCol, nRow);
                     break;
                 }
             }
         }
     }

     //查找终点
     void getEnding()
     {
         uint nRow = 0;
         for(; nRow < m_xLabyrinth.size(); nRow++){
             CRow xRow = m_xLabyrinth[nRow];
             uint nCol = 0;
             for(; nCol < xRow.size(); nCol++){
                 int n = xRow[nCol];
                 if(n == Ending){
                     m_ptEnding = CPoint(nCol, nRow);
                     break;
                 }
             }
         }
     }

     //调用核心算法函数，输出获得的路线
     void AI()
     {
         findRoute(m_ptBeginning);
         if(!m_vRoute.empty()){
             CRoute::iterator it = m_vRoute.begin();
             for(; it != m_vRoute.end(); it++){
                 CPoint pt = *it;
                 std::cout << "(" << pt.row << ", " << pt.col << ")";
                 if(it != m_vRoute.end() - 1){
                     std::cout << "->";
                 }else{
                     std::cout << std::endl;
                 }
             }
         }else{
             //如果没有找到路线到达终点
             std::cout << "Sorry cannot file any ways to get ending." << std::endl;
         }
     }

 };

代码都加上了注释，大家可以慢慢看。
如果上述过程把你搅晕了，那就用图来为你解答吧。

然后来到main函数

 //用VC 6.0貌似不需要给main传参数，那我就偷一下懒
 int main()
 {
     //定义迷宫数组，定义成C风格的二维数组方便查看
     int vLabyrinthArray[][4] = {
         {1,0,-1,1}
         , {1,0,0,1}
         , {0,0,1,1}
         , {0,1,1,0}
         , {0,1,1,1}
         , {-2,1,0,0}
     };

     //以下代码为将C风格的二维数组导入成C++风格的二维数组
     int nRowNum = sizeof(vLabyrinthArray) / sizeof(vLabyrinthArray[0]);
     int nColNum = sizeof(vLabyrinthArray[0]) / sizeof(int);

     CLabyrinth vLabyrinth;
     for(int row = 0; row < nRowNum; row++){
         CRow xRow;
         for(int col = 0; col < nColNum; col++){
             int n = vLabyrinthArray[row][col];
             xRow.push_back(n);
         }
         vLabyrinth.push_back(xRow);
     }

     //实例化CLabyrinthAI
     CLabyrinthAI xAI(vLabyrinth);
     //打出路线
     xAI.AI();

     //使程序暂停，方便查看数据
     system("Pause");

     return 0;
 }

以上代码同样加了注释，相信了解C++的同学都能看懂。

运行截图：

（Dos的，有点丑……）

三，Javascript版

顺便我也把C++版的移植到了Javascript上，代码如下：

 function CLabyrinthAI(){
     var s = this;
     s.m_xLabyrinth = new Array(new Array());
     s.m_ptBeginning = {};
     s.m_ptEnding = {};
     s.m_vRoute = new Array();
     s.Beginning = -1;
     s.Ending = -2;
     s.CannotGo = 0;
     s.CanGo = 1;
     s.FoundEnding = 0;
     s.NotFoundEnding = 1;
 }
 CLabyrinthAI.prototype.initAI = function(){
     var s = this;
     s.getBeginning();
     s.getEnding();
 }
 CLabyrinthAI.prototype.isRepeat = function(pt){
     var s = this;
     var bRes = false;
     for(var n = 0; n < s.m_vRoute.length; n++){
         var pt0 = s.m_vRoute[n];
         if(pt0.col == pt.col && pt0.row == pt.row){
             bRes = true;
             break;
         }
     }
     return bRes;
 };
 CLabyrinthAI.prototype.advance = function(ptTo){
     this.m_vRoute.push(ptTo);
 };
 CLabyrinthAI.prototype.back = function(){
     this.m_vRoute.splice(this.m_vRoute.length-1,1);
 };
 CLabyrinthAI.prototype.isBeginning = function(pt){
     if(this.m_ptBeginning.col == pt.col && this.m_ptBeginning.row == pt.row){
         return true;
     }else{
         return false;
     }
 };
 CLabyrinthAI.prototype.isEnding = function(pt){
     if(this.m_ptEnding.col == pt.col && this.m_ptEnding.row == pt.row){
         return true;
     }else{
         return false;
     }
 };
 CLabyrinthAI.prototype.canUp = function(ptCurrent){
     var s = this;
     var ptRes = {col:-1,row:-1};
     var col = ptCurrent.col;
     var row = ptCurrent.row;
     if(row > 0){
         var ptNext = {col:col,row:row - 1};
         if(!s.isRepeat(ptNext)){
             var nAttr = s.m_xLabyrinth[ptNext.row][ptNext.col];
             if(nAttr == s.CanGo || nAttr == s.Ending){
                 ptRes = ptNext;
             }
         }
     }
     return ptRes;
 };
 CLabyrinthAI.prototype.canDown = function(ptCurrent){
     var s = this;
     var ptRes = {col:-1,row:-1};
     var col = ptCurrent.col;
     var row = ptCurrent.row;
     if(row < s.m_xLabyrinth.length - 1){
         var ptNext = {col:col,row:row + 1};
         if(!s.isRepeat(ptNext)){
             var nAttr = s.m_xLabyrinth[ptNext.row][ptNext.col];
             if(nAttr == s.CanGo || nAttr == s.Ending){
                 ptRes = ptNext;
             }
         }
     }
     return ptRes;
 };
 CLabyrinthAI.prototype.canLeft = function(ptCurrent){
     var s = this;
     var ptRes = {col:-1,row:-1};
     var col = ptCurrent.col;
     var row = ptCurrent.row;
     if(col > 0){
         var ptNext = {col:col-1,row:row};
         if(!s.isRepeat(ptNext)){
             var nAttr = s.m_xLabyrinth[ptNext.row][ptNext.col];
             if(nAttr == s.CanGo || nAttr == s.Ending){
                 ptRes = ptNext;
             }
         }
     }
     return ptRes;
 };
 CLabyrinthAI.prototype.canRight = function(ptCurrent){
     var s = this;
     var ptRes = {col:-1,row:-1};
     var col = ptCurrent.col;
     var row = ptCurrent.row;
     if(col < s.m_xLabyrinth[0].length - 1){
         var ptNext = {col:col+1,row:row};
         if(!s.isRepeat(ptNext)){
             var nAttr = s.m_xLabyrinth[ptNext.row][ptNext.col];
             if(nAttr == s.CanGo || nAttr == s.Ending){
                 ptRes = ptNext;
             }
         }
     }
     return ptRes;
 };
 CLabyrinthAI.prototype.allRight = function(p){
     if(p.col >= 0 && p.row >= 0){
         return true;
     }else{
         return false;
     }
 };
 CLabyrinthAI.prototype.findRoute = function(ptCurrent){
     var s = this;
     var nRes = s.NotFoundEnding;
     var ptNext = {col:-1,row:-1};

     s.advance(ptCurrent);

     if(s.isEnding(ptCurrent)){
         nRes = s.FoundEnding;
     }else{
         ptNext = s.canUp(ptCurrent);
         if(s.allRight(ptNext)){
             if(s.findRoute(ptNext) == s.FoundEnding){
                 nRes = s.FoundEnding;
                 return nRes;
             }
         }

         ptNext = s.canLeft(ptCurrent);
         if(s.allRight(ptNext)){
             if(s.findRoute(ptNext) == s.FoundEnding){
                 nRes = s.FoundEnding;
                 return nRes;
             }
         }

         ptNext = s.canDown(ptCurrent);
         if(s.allRight(ptNext)){
             if(s.findRoute(ptNext) == s.FoundEnding){
                 nRes = s.FoundEnding;
                 return nRes;
             }
         }

         ptNext = s.canRight(ptCurrent);
         if(s.allRight(ptNext)){
             if(s.findRoute(ptNext) == s.FoundEnding){
                 nRes = s.FoundEnding;
                 return nRes;
             }
         }
     }
     if(nRes != s.FoundEnding){
         s.back();
     }

     return nRes;
 };
 CLabyrinthAI.prototype.getBeginning = function(){
     var s = this;
     for(var nRow = 0; nRow < s.m_xLabyrinth.length; nRow++){
         var xRow = s.m_xLabyrinth[nRow];
         for(var nCol = 0; nCol < xRow.length; nCol++){
             var n = xRow[nCol];
             if(n == s.Beginning){
                 s.m_ptBeginning = {col:nCol,row:nRow};
                 break;
             }
         }
     }
 };
 CLabyrinthAI.prototype.getEnding = function(){
     var s = this;
     for(var nRow = 0; nRow < s.m_xLabyrinth.length; nRow++){
         var xRow = s.m_xLabyrinth[nRow];
         for(var nCol = 0; nCol < xRow.length; nCol++){
             var n = xRow[nCol];
             if(n == s.Ending){
                 s.m_ptEnding = {col:nCol,row:nRow};
                 break;
             }
         }
     }
 };
 CLabyrinthAI.prototype.AI = function(data){
     var s = this;
     s.m_xLabyrinth = data;
     s.initAI();
     s.findRoute(s.m_ptBeginning);
     return s.m_vRoute;
 };

设计原理和C++版差不多，只是没有CPoint类而已。

虽然这套算法是研究出来了，但是还不能判断是否为最近路线，因此有待更新。不过以现在的算法，开发一个SLG应该不是问题了。

※感谢我的哥哥与我一起讨论其中的原理。

源代码下载：

http://files.cnblogs.com/yorhom/findRoute.rar