findpath.c

c语言实现的A*算法

/* 云风的求解最短路径代码 (Cloud Wu's Pathfinding code)
 *                          1999 年 1月 8 日 (1999, Jan 8)
 * 这段代码没有进行任何优化(包括算法上的), 但不意味我不知道该怎样优化它，
 * 它是为教学目的而做,旨在用易于理解和简洁的代码描述出 A* 算法在求最段路
 * 径中的运用. 由于很久没有摸算法书, 本程序不能保证是纯正的 A* 算法 ;-)
 * 你可以在理解了这段程序的基础上,按自己的理解写出类似的代码. 但是简单的
 * 复制它到你的程序中是不允许的,如果你真要这样干,请在直接使用它的软件的
 * 文档中,写上我的名字 ;-)
 * 有任何的问题,或建议请 E-mail 到 [e-mail] 
 * 欢迎参观我的主页 http://www.netease.com/~cloudwu (云风工作室)
 * (你可以在上面找到一些有关这个问题的讨论,和有关游戏设计的其它大量资料)
 *
 * 本程序附带有一个数据文件 map.dat, 保存有地图的数据
 */

// #define NDEBUG
#include <stdio.h>
#include <conio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
#define MAPMAXSIZE 100  //地图面积最大为 100x100
#define MAXINT 8192     //定义一个最大整数, 地图上任意两点距离不会超过它
#define STACKSIZE 65536 //保存搜索节点的堆栈大小

#define tile_num(x,y) ((y)*map_w+(x))  //将 x,y 坐标转换为地图上块的编号
#define tile_x(n) ((n)%map_w)          //由块编号得出 x,y 坐标
#define tile_y(n) ((n)/map_w)

// 树结构, 比较特殊, 是从叶节点向根节点反向链接
typedef struct node *TREE;

struct node {
	int h;
        int tile;
	TREE father;
	} ;

typedef struct node2 *LINK;

struct node2 {
       TREE node;
       int f;
       LINK next;
       };

LINK queue;               // 保存没有处理的行走方法的节点
TREE stack[STACKSIZE];    // 保存已经处理过的节点 (搜索完后释放)
int stacktop;
unsigned char map[MAPMAXSIZE][MAPMAXSIZE];   //地图数据
int dis_map[MAPMAXSIZE][MAPMAXSIZE];         //保存搜索路径时,中间目标地最优解

int map_w,map_h;                             //地图宽和高
int start_x,start_y,end_x,end_y;             //地点,终点坐标

// 初始化队列
void init_queue()
{
 queue=(LINK)malloc(sizeof(*queue));
 queue->node=NULL;
 queue->f=-1;
 queue->next=(LINK)malloc(sizeof(*queue));
 queue->next->f=MAXINT;
 queue->next->node=NULL;
 queue->next->next=NULL;
}

// 待处理节点入队列, 依靠对目的地估价距离插入排序
void enter_queue(TREE node,int f)
{
 LINK p=queue,father,q;
 while(f>p->f) {
   father=p;
   p=p->next;
   assert(p);
   }
 q=(LINK)malloc(sizeof(*q));
 assert(queue);
 q->f=f,q->node=node,q->next=p;
 father->next=q;
}

// 将离目的地估计最近的方案出队列
TREE get_from_queue()
{
 TREE bestchoice=queue->next->node;
 LINK next=queue->next->next;
 free(queue->next);
 queue->next=next;
 stack[stacktop++]=bestchoice;
 assert(stacktop<STACKSIZE);
 return bestchoice;
}

// 释放栈顶节点
void pop_stack()
{
 free(stack[--stacktop]);
}

// 释放申请过的所有节点
void freetree()
{
 int i;
 LINK p;
 for (i=0;i<stacktop;i++)
    free(stack[i]);
 while (queue) {
   p=queue;
   free(p->node);
   queue=queue->next;
   free(p);
   }
}

// 估价函数,估价 x,y 到目的地的距离,估计值必须保证比实际值小
int judge(int x,int y)
{
 int distance;
 distance=abs(end_x-x)+abs(end_y-y);
 return distance;
}

// 尝试下一步移动到 x,y 可行否
int trytile(int x,int y,TREE father)
{
 TREE p=father;
 int h;
 if (map[y][x]!=' ') return 1; // 如果 (x,y) 处是障碍,失败
 while (p) {
   if (x==tile_x(p->tile) && y==tile_y(p->tile)) return 1; //如果 (x,y) 曾经经过,失败
   p=p->father;
   }
 h=father->h+1;
 if (h>=dis_map[y][x]) return 1; // 如果曾经有更好的方案移动到 (x,y) 失败
 dis_map[y][x]=h; // 记录这次到 (x,y) 的距离为历史最佳距离

// 将这步方案记入待处理队列
 p=(TREE)malloc(sizeof(*p));
 p->father=father;
 p->h=father->h+1;
 p->tile=tile_num(x,y);
 enter_queue(p,p->h+judge(x,y));
 return 0;
}

// 路径寻找主函数
void findpath(int *path)
{
 TREE root;
 int i,j;
 stacktop=0;
 for (i=0;i<map_h;i++)
     for (j=0;j<map_w;j++)
         dis_map[i][j]=MAXINT;
 init_queue();
 root=(TREE)malloc(sizeof(*root));
 root->tile=tile_num(start_x,start_y);
 root->h=0;
 root->father=NULL;
 enter_queue(root,judge(start_x,start_y));
 for (;;) {
    int x,y,child;
    TREE p;
    root=get_from_queue();
    if (root==NULL) {
      *path=-1;
      return;
    }
    x=tile_x(root->tile);
    y=tile_y(root->tile);
    if (x==end_x && y==end_y) break; // 达到目的地成功返回

    child=trytile(x,y-1,root);  //尝试向上移动
    child&=trytile(x,y+1,root); //尝试向下移动
    child&=trytile(x-1,y,root); //尝试向左移动
    child&=trytile(x+1,y,root); //尝试向右移动
    if (child!=0)
       pop_stack();  // 如果四个方向均不能移动,释放这个死节点
    }

// 回溯树，将求出的最佳路径保存在 path[] 中
 for (i=0;root;i++) {
    path[i]=root->tile;
    root=root->father;
    }
 path[i]=-1;
 freetree();
}

void printpath(int *path)
{
 int i;
 for (i=0;path[i]>=0;i++) {
    gotoxy(tile_x(path[i])+1,tile_y(path[i])+1);
    cprintf("\xfe");
    }
}

int readmap()
{
 FILE *f;
 int i,j;
 f=fopen("map.dat","r");
 assert(f);
 fscanf(f,"%d,%d\n",&map_w,&map_h);
 for (i=0;i<map_h;i++)
	fgets(&map[i][0],map_w+1,f);
 fclose(f);
 start_x=-1,end_x=-1;
 for (i=0;i<map_h;i++)
     for (j=0;j<map_w;j++) {
         if (map[i][j]=='s') map[i][j]=' ',start_x=j,start_y=i;
         if (map[i][j]=='e') map[i][j]=' ',end_x=j,end_y=i;
         }
 assert(start_x>=0 && end_x>=0);
 return 0;
}

void showmap()
{
 int i,j;
 clrscr();
 for (i=0;i<map_h;i++) {
    gotoxy(1,i+1);
    for (j=0;j<map_w;j++)
       if (map[i][j]!=' ') cprintf("\xdb");
       else cprintf(" ");
    }
 gotoxy(start_x+1,start_y+1);
 cprintf("s");
 gotoxy(end_x+1,end_y+1);
 cprintf("e");
}

int main()
{
 int path[MAXINT];
 readmap();
 showmap();
 getch();
 findpath(path);
 printpath(path);
 getch();
 return 0;
}