AI-随机迷宫&迷宫求解

本文记录了,人工智能中简单的搜索策略中的路径搜索策略中的A*算法,来实现迷宫寻路的问题.(这只是一次本人的课外作业)

完整的程序源码已经发送到我的Git.这里只记录了我的思路和感想以及收获.

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产生随机迷宫

迷宫求解没有迷宫怎么可以呢.而本人是个懒人,每次都要手动输入迷宫,重复性的工作让我很不爽.你可以在程序中用数组定义一个迷宫啊,有强迫症的我,怎么可以这样随便的要求自己的程序呢.及时求解算法的出来了,但是测试数据有限,还是让我很不爽的,所以,干脆先花一些时间,写个随机迷宫的产生吧.

遇事先搜索,看看前辈有没有经验分享,站在前辈的肩膀上,你可以少走很多弯路.

本人搜索到一篇论文:基于图的深度遍历产生随机迷宫的算法研究,看了以后,发现论文中有很多的错误,而且算法也不简洁,有很多地方完全可以非常简化的,但是非要写的那么复杂,生怕别人可以看懂似得.所以,就按照自己的理解,简单的实现了随机迷宫的产生.

参考上图,红色(起始位置),绿色(终点位置).而我产生随机迷宫的方法简单,产生的迷宫有一定的局限性.如图所示,从起始位置(最左上角)开始,每次随机的选取当前节点的右边或下边的节点作为扩展的节点.顺便还要判断一下下一个结点是否越界.通过这种方法会产生一条从矩形的一个点到另一个点的最短路径,该条路径是没有回路的路径,就这样,当随机选择出一条路径以后,其余的点任意摆布,是墙是路都可以,最终我们一定会得到一条最短的路径,我的简单随机迷宫诞生了.

至于更加完善的随机迷宫的产生,以后有时间了再学习一下.

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A*算法遍历

如果在这里介绍这个算法,我感觉太没意思了.人工智能的学习还是有视频或者专人的讲授比较好,看书真的很枯燥的.这里我只说实现的过程中的困难和想法以及收获.

A*算法中重要的由2张表,open表和close表.

open表存放的都是没有扩展的节点,而且表里的内容(fn=gn+hn)是按照从小到大排序的。

close表存放的都是已经扩展过的节点，也就说已经遍历过的节点，这表里的节点中就存在着最终的路径。

A*算法先是利用open表和close表找到最终的目标节点，然后倒序从close表里依次把以前遍历过的路径节点找出来，即可得到完整的路径。

就想上图所示的简单迷宫一样，开始的时候，会同时扩展右边和下面的节点，存入open表里，然后选择open表中f最小的值，而在这个例子中，选择的是下面的方块，所以就这样沿着红色箭头的方向一直扩展下去，直到，发现open表中的2个节点有10和12，这时候，才调转方向，抛弃12，选择10（（0,1）节点）继续开始新的遍历（蓝色箭头的方向），最终找到终点。

找到终点以后，图中的阴影的结点都在close表里面，然后，我们发现路径中的g从终点到起点是倒序的，h则是升序的。我们就利用这个特性来实现路径的输出。g=10的下一个节点的特征是（g=g-1&&节点是相邻的）根据这个判断，我们就会很容易的倒序找到完整的路径了。详细的实现的方法参见代码。

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我的收获

花费了一周的时间来实现这个功能，使用的C++语言，而且中间也遇到了不少的困难。当你遇到的困难实在想不起好的解决方法的时候,那么不妨先放下,做其他的事情.晚上睡觉的时候,或者吃放走路洗澡的时候,脑子里想想就可以了.解决问题的关键是在一瞬间想起来的,实在不行的时候,不妨让大脑放松一下,不必心急火燎,容易上火.

bug(1)

堆栈的溢出：以前写程序的时候没有遇到过这种问题，曾经都使用过上万的数据空间，也没有出现过问题，但是这次的二维数组QT上面使用23*23，也就是迷宫的长和宽就出现这种情况了。长和宽23*23，那么顶点总共529个，转化为边的关系则有529*529=279841，额，确实有点大。解决方法很简单，定义成全局变量或者结构里面使用指针，函数里面使用动态的malloc内存分配，就OK了。

bug(2)

翻译过来就是算数异常，这个bug直到现在我也没有解决，因为不妨碍我程序的运行，这个bug只在程序调试的时候才出现。如下：

大家知道程序调试的环境和运行的环境是不一样的，就那Qt来说吧，运行的时候MinGW，而调试的时候是GDB，根据图示，这里应该出现了k=0的情况，random产生的随机数的范围是0~k-1所以，出错了。我是这么想的，也可能错了，如有见解，请指点。关于这次的程序，使我的GDB也崩溃了，害得我还重新安装了QT。

bug(3)

参考资料这么说的：出现了Segmentation fault，基本上的原因是，非法的内存访问。例如数组的越界，在循环操作时循环变量的控制问题，也有字符串拷贝时长度溢出，指针指向了非法的空间，还有就是申明一个指针，但却没有对其初始化，就直接引用，或者没有开辟内存空间就释放内存，所以要检查申请空间时间的成功。

编程习惯的改进：

说实话程序大了，代码多了，有时候就不在意良好的编程习惯了。这次在遇到bug的时候，请教了QQ群的网友，虽说最终的问题没有解决，但是，给我提了不少宝贵的建议。

（1）变量的使用和定义尽量额紧凑，靠在一起。

（2）最重要的也就是这一句：不要在判断语句中使用有副作用的语句。何为副作用？会改变程序状态的语句。如下：

if(getchar()=='Y'||getchar()=='y')
{}

getchar()从缓冲区读取一个字符，读一个少一个，那么读的过程中程序的状态是不是改变了？

好的写法如下：

char ch=toupper(getchar());
if('Y'==ch)
{}

学习的道路艰巨而漫长.

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