A*算法的GUI实现

前言

A*算法是常用的游戏算法之一，也是初学者比较难掌握的一个算法。

本文在Unity中以GUI的方式形象的再现了A*算法的详细步骤，

包括地图的搜索、FGH的计算以及开启关闭列表的变化等。

博文首发地址：http://blog.csdn.net/duzixi

步骤一：

创建Unity新工程新场景

步骤二：

创建AStar.cs脚本，将以下代码内容粘贴覆盖后，保存运行即可

/// <summary>  
/// A*算法 Unity GUI实现  
/// Created by 杜子兮(duzixi.com) 2015.2.19  
/// www.lanou3g.com All Rights Reserved  
/// </summary>  
  
using UnityEngine;  
using System.Collections;  
using System; // 用到排序接口  
  
// 枚举：定义格子类型  
public enum GridType {  
    Normal,    // 常规  
    Obstacle,  // 障碍  
    Start,     // 起点  
    End        // 终点  
}  
  
// 定义格子类（继承可比较接口 IComparable）  
public class Grid : IComparable{  
    public int x;       // x 坐标  
    public int y;       // y 坐标  
    public int F;       // 总评分  
    public int G;       // 从起点到当前点的消耗值  
    public int H;       // 从当前点到终点的估算值（直走10，斜走14）  
    public GridType gridType;  // 格子类型  
    public Grid fatherNode;  
  
    // 可比较接口的实现（用于排序）  
    public int CompareTo (object obj)  
    {     
        Grid g1 = (Grid) obj; // 强制类型转换  
        if (this.F < g1.F)    // 升序  
            return -1;    
        if (this.F > g1.F)    // 降序  
            return 1;    
        return 0;             // 相等  
    }  
}  
  
// A*算法  
public class AStar : MonoBehaviour {  
    private const int col = 7;          // 列数  
    private const int row = 5;          // 行数  
    private int size = 70;              // 大小  
  
    private Grid[,] map;                // 地图（格子二维数组）  
    private const int xStart = 2;         
    private const int yStart = 1;         
    private const int xEnd = 2;           
    private const int yEnd = 5;          
  
    ArrayList openList;                 // 开启列表（重要！！）  
    ArrayList closeList;                // 关闭列表（重要！！）  
  
    // 初始化  
    void Start () {  
        map = new Grid[row, col];       // 创建地图  
        for (int i = 0; i < row; i++) {  
            for (int j = 0; j < col; j++) {  
                map[i,j] = new Grid();  // 实例化格子  
                map[i,j].x = i;         // x坐标赋值  
                map[i,j].y = j;         // y坐标赋值  
            }  
        }  
  
        map[xStart, yStart].gridType = GridType.Start; // 确定开始位置  
        map[xStart, yStart].H = Manhattan(xEnd, yEnd); // 初始化开始位置的H值  
        map[xEnd, yEnd].gridType = GridType.End;       // 确定结束位置  
        for (int i = 1; i <= 3; i++) {                  // 确定障碍位置  
            map[i, 3].gridType = GridType.Obstacle;   
        }  
  
        openList = new ArrayList();                    // 初始化开启列表  
        openList.Add(map[xStart, yStart]);             // 将开始节点放入开放列表中  
        closeList = new ArrayList();                   // 初始化关闭列表  
    }  
  
    void OnGUI() {  
        // 绘制地图  
        for (int i = 0; i < row; i++) {  
            for (int j = 0; j < col; j++) {  
                // 根据格子类型设置背景颜色  
                Color bgColor;  
                if (map [i, j].gridType == GridType.Start) {  
                    bgColor = Color.green;  
                } else if (map [i, j].gridType == GridType.End) {  
                    bgColor = Color.red;  
                } else if (map [i, j].gridType == GridType.Obstacle) {  
                    bgColor = Color.blue;  
                } else if (closeList.Contains (map [i, j])) {  
                    bgColor = Color.black;  
                } else {  
                    bgColor = Color.gray;  
                }  
                GUI.backgroundColor = bgColor;  
                // 用按钮表示格子  
                GUI.Button(new Rect(j * size, i * size, size, size), FGH (map[i, j]));  
            }  
        }  
          
        if (GUI.Button(new Rect(col * size, 0 , size, size), "Go Next")) {  
            NextStep();  
        }  
  
        // 绘制开启列表  
        for (int j = 0; j < openList.Count; j++) {  
            GUI.Button(new Rect(j * size, (row + 1) * size, size, size), FGH((Grid)openList[j]));  
        }  
  
        // 绘制关闭列表  
        for (int j = 0; j < closeList.Count; j++) {  
            GUI.Button(new Rect(j * size, (row + 2) * size, size, size), FGH((Grid)closeList[j]));  
        }  
    }  
  
    // 通过逆向追溯找到路径  
    void showFatherNode(Grid grid) {  
        if (grid.fatherNode != null) {  
            print (grid.fatherNode.x + "," + grid.fatherNode.y);  
            showFatherNode(grid.fatherNode);      
        }   
    }  
  
    // 走下一步  
    void NextStep() {  
        //  0. 只要开启列表有节点, 就进行下一个过程  
        if (openList.Count == 0) {  
            print ("Over !");  
            return;  
        }  
  
        //  1. 从开放列表中选择第一个节点并将其作为当前节点  
        Grid grid = (Grid)openList[0];  
        if (grid.gridType == GridType.End) {  
            showFatherNode(grid);  
            print ("Over !");  
            return;   
        }  
  
        //  2. 获得这个当前节点不是障碍物的邻近节点  
        for (int m = -1; m <= 1; m++) {  
            for (int n = -1; n <= 1; n++) {  
                if ( !( m == 0 && n == 0 )) {  
                    int x = grid.x + m;  
                    int y = grid.y + n;  
                    //  3. 对于每一个邻近节点,查看是否已在关闭列表中.  
                    if (x >= 0 && x < row && y >= 0 && y < col &&  
                        map[x,y].gridType != GridType.Obstacle &&   
                        !closeList.Contains(map[x, y]) ) {  
                        // 4.如果不在, 计算所有F、H、G  
                        int g = grid.G + (int)(Mathf.Sqrt(Mathf.Abs(m) + Mathf.Abs(n)) * 10);  
                        if (map[x, y].G == 0 || g < map[x, y].G) {  
                            map [x, y].G = g;  
                        }  
                        map[x, y].H = Manhattan(x, y);  
                        map[x, y].F = map[x, y].G + map[x, y].H;  
                        //  5.将代价数据存储在邻近节点中,并且将当前节点保存为该邻近节点的父节点.  
                        //    最后我们将使用这个父节点数据来追踪实际路径.  
                        map[x, y].fatherNode = grid;  
                        //  6.将邻近节点存储在开放列表中.  
                        if (!openList.Contains(map[x, y])) {  
                            openList.Add(map[x, y]);  
                        }  
                        //  7.根据F,以升序排列开放列表.  
                        openList.Sort();  
                    }  
                }  
            }     
        }  
        //  8. 如果没有邻近节点需要处理, 将当前节点放入关闭列表并将其从开放列表中移除.  
        closeList.Add(grid);  
        openList.Remove(grid);  
    }  
  
    // H值(曼哈顿估算法)  
    int Manhattan(int x, int y) {  
        return (int)(Mathf.Abs(xEnd - x) + Mathf.Abs(yEnd - y)) * 10;  
    }  
  
    // 将格子FGH 以字符串形式显示  
    string FGH(Grid grid) {  
        string fgh = "F:" + grid.F + "\n";  
        fgh += "G:" + grid.G + "\n";  
        fgh += "H:" + grid.H + "\n";  
        fgh += "(" + grid.x + "," + grid.y + ")";  
        return fgh;  
    }  
}  

步骤三：

点击画面上的“Go Next”按钮，即可观察每部计算详情

（注：最终找到的路径在控制台里可看到，这个部分没有可视化）

后语

A*算法的具体实现细节有很多，本文脚本只是给出了其中一种。

另外，按照这个算法障碍墙是可以斜穿的，若要避免斜穿还需进一步修改。

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