AI-隨機迷宮&迷宮求解

本文記錄了,人工智能中簡單的搜索策略中的路徑搜索策略中的A*算法,來實現迷宮尋路的問題.(這只是一次本人的課外做業)

完整的程序源碼已經發送到個人Git.這裏只記錄了個人思路和感想以及收穫.

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產生隨機迷宮

迷宮求解沒有迷宮怎麼能夠呢.而本人是個懶人,每次都要手動輸入迷宮,重複性的工做讓我很不爽.你能夠在程序中用數組定義一個迷宮啊,有強迫症的我,怎麼能夠這樣隨便的要求本身的程序呢.及時求解算法的出來了,可是測試數據有限,仍是讓我很不爽的,因此,乾脆先花一些時間,寫個隨機迷宮的產生吧.

遇事先搜索,看看前輩有沒有經驗分享,站在前輩的肩膀上,你能夠少走不少彎路.

本人搜索到一篇論文:基於圖的深度遍歷產生隨機迷宮的算法研究,看了之後,發現論文中有不少的錯誤,並且算法也不簡潔,有不少地方徹底能夠很是簡化的,可是非要寫的那麼複雜,生怕別人能夠看懂似得.因此,就按照本身的理解,簡單的實現了隨機迷宮的產生.

參考上圖,紅色(起始位置),綠色(終點位置).而我產生隨機迷宮的方法簡單,產生的迷宮有必定的侷限性.如圖所示,從起始位置(最左上角)開始,每次隨機的選取當前節點的右邊或下邊的節點做爲擴展的節點.順便還要判斷一下下一個結點是否越界.經過這種方法會產生一條從矩形的一個點到另外一個點的最短路徑,該條路徑是沒有迴路的路徑,就這樣,當隨機選擇出一條路徑之後,其他的點任意擺佈,是牆是路均可以,最終咱們必定會獲得一條最短的路徑,個人簡單隨機迷宮誕生了.

至於更加完善的隨機迷宮的產生,之後有時間了再學習一下.

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A*算法遍歷

若是在這裏介紹這個算法,我感受太沒意思了.人工智能的學習仍是有視頻或者專人的講授比較好,看書真的很枯燥的.這裏我只說實現的過程當中的困難和想法以及收穫.

A*算法中重要的由2張表,open表和close表.

open表存放的都是沒有擴展的節點,並且表裏的內容(fn=gn+hn)是按照從小到大排序的。

close表存放的都是已經擴展過的節點，也就說已經遍歷過的節點，這表裏的節點中就存在着最終的路徑。

A*算法先是利用open表和close表找到最終的目標節點，而後倒序從close表裏依次把之前遍歷過的路徑節點找出來，便可獲得完整的路徑。

就想上圖所示的簡單迷宮同樣，開始的時候，會同時擴展右邊和下面的節點，存入open表裏，而後選擇open表中f最小的值，而在這個例子中，選擇的是下面的方塊，因此就這樣沿着紅色箭頭的方向一直擴展下去，直到，發現open表中的2個節點有10和12，這時候，才調轉方向，拋棄12，選擇10（（0,1）節點）繼續開始新的遍歷（藍色箭頭的方向），最終找到終點。

找到終點之後，圖中的陰影的結點都在close表裏面，而後，咱們發現路徑中的g從終點到起點是倒序的，h則是升序的。咱們就利用這個特性來實現路徑的輸出。g=10的下一個節點的特徵是（g=g-1&&節點是相鄰的）根據這個判斷，咱們就會很容易的倒序找到完整的路徑了。詳細的實現的方法參見代碼。

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個人收穫

花費了一週的時間來實現這個功能，使用的C++語言，並且中間也遇到了很多的困難。當你遇到的困難實在想不起好的解決方法的時候,那麼不妨先放下,作其餘的事情.晚上睡覺的時候,或者吃放走路洗澡的時候,腦子裏想一想就能夠了.解決問題的關鍵是在一瞬間想起來的,實在不行的時候,不妨讓大腦放鬆一下,沒必要心急火燎,容易上火.

bug(1)

堆棧的溢出：之前寫程序的時候沒有遇到過這種問題，曾經都使用過上萬的數據空間，也沒有出現過問題，可是此次的二維數組QT上面使用23*23，也就是迷宮的長和寬就出現這種狀況了。長和寬23*23，那麼頂點總共529個，轉化爲邊的關係則有529*529=279841，額，確實有點大。解決方法很簡單，定義成全局變量或者結構裏面使用指針，函數裏面使用動態的malloc內存分配，就OK了。

bug(2)

翻譯過來就是算數異常，這個bug直到如今我也沒有解決，由於不妨礙我程序的運行，這個bug只在程序調試的時候纔出現。以下：

你們知道程序調試的環境和運行的環境是不同的，就那Qt來講吧，運行的時候MinGW，而調試的時候是GDB，根據圖示，這裏應該出現了k=0的狀況，random產生的隨機數的範圍是0~k-1因此，出錯了。我是這麼想的，也可能錯了，若有看法，請指點。關於此次的程序，使個人GDB也崩潰了，害得我還從新安裝了QT。

bug(3)

參考資料這麼說的：出現了Segmentation fault，基本上的緣由是，非法的內存訪問。例如數組的越界，在循環操做時循環變量的控制問題，也有字符串拷貝時長度溢出，指針指向了非法的空間，還有就是申明一個指針，但卻沒有對其初始化，就直接引用，或者沒有開闢內存空間就釋放內存，因此要檢查申請空間時間的成功。

編程習慣的改進：

說實話程序大了，代碼多了，有時候就不在乎良好的編程習慣了。此次在遇到bug的時候，請教了QQ羣的網友，雖然說最終的問題沒有解決，可是，給我提了很多寶貴的建議。

（1）變量的使用和定義儘可能額緊湊，靠在一塊兒。

（2）最重要的也就是這一句：不要在判斷語句中使用有反作用的語句。何爲反作用？會改變程序狀態的語句。以下：

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

getchar()從緩衝區讀取一個字符，讀一個少一個，那麼讀的過程當中程序的狀態是否是改變了？

好的寫法以下：

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

學習的道路艱鉅而漫長.