一种基于A*算法的路径搜索方法、设备及计算终端与流程

本申请是本申请人于2014年12月2日提交的申请号为201410720889.0，名称为一种基于a*算法的地图寻路方法、设备及计算终端的发明专利申请的分案申请。

本发明涉及电子地图领域，尤其涉及一种基于a*算法的路径搜索方案。

背景技术：

目前，越来越多的软件和应用都需要生成并向用户呈现地图以便实现某种功能。例如，在游戏软件应用中，计算设备(如台式计算机、笔记本计算机及其他智能终端)需要生成游戏场景地图。在该地图中，游戏玩家控制的角色以及非玩家控制的角色需要按照一定的路径进行移动，因此会涉及到地图中路径搜索以对路线选择并且避开障碍点。除了在游戏中需要进行路径搜索之外，一些涉及路径的应用中也需要使用路径搜索方案。在多种路径搜索应用方案中，所涉及的a*算法是一种启发式搜索算法。在应用a*算法的路径搜索方案中，会对地图中的多个节点进行判断。在寻路过程中，会不断将未判断的节点加入一个列表，即开启列表，而将已经判断过的节点加入到另一个列表，即删除列表。在寻路过程中会不断的对开启列表进行操作，包括了节点的插入、排序和检索等。

根据开启列表中数据和各种操作的特点，需要对开启列表的数据结构以及插入、排序等操作进行控制，以便降低操作的时间复杂度。现有的方案中多利用二叉堆方法对开启列表进行操作。然而，由于二叉堆在实现上比较复杂，处理难度较高，因此在地图节点较少时，采用二叉堆的操作方式则性价比较低。

因此，需要一种新路径搜索方案，能够对地图进行判断，并当地图节点较少时，以更高的操作效率进行寻路。

技术实现要素：

为此，本发明提供一种新的方案以力图解决或者至少缓解上面存在的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于a*算法的路径搜索方法，适于在计算设备中执行，该路径搜索的地图包括具有多个节点的阵列，该计算设备包括列表存储器，该列表存储器中存储有开启列表及删除列表，该开启列表包括待寻路检测的节点，该删除列表包括从开启列表中删除的节点。

该方法包括步骤，判断所述阵列中节点的数量是否小于预定值，如果确定该阵列中节点的数量小于预定值，则将所述开启列表建成双向链表；监控所述阵列，获取路径搜索的开始节点及目标节点，并将所述开始节点加入所述双向链表；删除该双向链表表头的节点，且将所删除的双向链表表头的节点加入删除列表；以及判断所删除的双向链表表头的节点是否为目标节点，如果所述删除的双向链表表头的节点为目标节点，则继续监控所述阵列，如果该删除的双向链表表头的节点不是目标节点，则获取该删除的双向链表表头的节点周围满足预定条件的节点，并将所获取满足所述预定条件的节点加入所述双向链表；以及继续删除该双向链表表头的节点，且将所删除的双向链表表头的节点加入删除列表。

可选地，在根据本发明的路径搜索方法中，获取删除的双向链表表头的节点周围满足所述预定条件的节点的步骤包括，获取删除的所述双向链表表头的节点能直接到达、不属于所述删除列表且非障碍的节点。

可选地，根据本发明的路径搜索方法还包括步骤，当确定所述删除的双向链表表头的节点为目标节点时，根据所述删除列表中的节点获取所述开始节点与所述目标节点之间的最短路径。

可选地，在根据本发明的路径搜索方法中，预定值的范围为1000。

可选地，在根据本发明的路径搜索方法中，将所获取满足所述预定条件的节点加入所述双向链表的步骤包括：将所述双向链表的节点进行排序；以及将该满足所述预定条件的节点以插入排序方式加入到所述双向链表。

根据本发明的另一个方面，提供了一种基于a*算法的路径搜索设备，路径搜索的地图包括具有多个节点的阵列，该设备包括列表存储器、第一处理器、监控器、第二处理器及第三处理器。

列表存储器适于存储开启列表及删除列表，该开启列表包括待检测的节点，该删除列表包括从开启列表中删除的节点。

第一处理器适于判断所述阵列中节点的数量是否小于预定值，如果确定该阵列中节点的数量小于预定值，则将所述开启列表建成双向链表。

监控器适于监控所述阵列，以获取路径搜索的开始节点及目标节点，并将所述开始节点加入所述双向链表；

第二处理器适于删除该双向链表表头的节点，并将所删除的双向链表表头的节点加入删除列表；以及

第三处理器适于判断所删除的双向链表表头的节点是否为目标节点，如果所述删除的双向链表表头的节点为目标节点，则指示所述监控器继续监控所述阵列，如果该删除的双向链表表头的节点不是目标节点，则获取该删除的双向链表表头的节点周围满足所述预定条件的节点，并将所获取的满足所述预定条件的节点加入双向链表，以及指示第二处理器继续删除该双向链表表头的节点，且将所删除的双向链表表头的节点加入删除列表。

可选地，在根据本发明的路径搜索设备中，第三处理器根据下述方式获取所述删除的双向链表表头的节点周围满足所述预定条件的节点，获取所述删除的所述双向链表表头的节点能直接到达、不属于所述删除列表且非障碍的节点。

可选地，在根据本发明的路径搜索设备中，第三处理器还适于：当确定所述删除的双向链表表头的节点为目标节点时，根据所述删除列表中的节点获取所述开始节点与所述目标节点之间的最短路径。

可选地，在根据本发明的路径搜索设备中，预定值的范围为1000。

可选地，在根据本发明的路径搜索设备中，第三处理器根据下述方式将所获取满足所述预定条件的节点加入所述双向链表：将所述双向链表的节点进行排序；以及将该满足所述预定条件的节点以插入排序方式加入到所述双向链表。

根据本发明的又一个方面，提供一种计算终端，该计算终端包括上述中任一种路径搜索设备。

根据本发明的基于a*算法的路径搜索方案，通过对地图规模的判断以及确定地图规模较小时，然后对开启列表采用双向链表结构，在此基础上对开启列表进行插入、删除及排序等操作，实现了路径搜索的简单操作、资源开销较小以及时间复杂度较低。

附图说明

为了实现上述以及相关目的，本文结合下面的描述和附图来描述某些说明性方面，这些方面指示了可以实践本文所公开的原理的各种方式，并且所有方面及其等效方面旨在落入所要求保护的主题的范围内。通过结合附图阅读下面的详细描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。遍及本公开，相同的附图标记通常指代相同的部件或元素。

图1示出了一个移动终端的结构框图；

图2示出了根据本发明一个实施例的基于a*算法的路径搜索设备的示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的基于a*算法的路径搜索方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1是移动终端100的结构框图。移动终端100可以包括存储器接口102、一个或多个数据处理器、图像处理器和/或中央处理单元104，以及外围接口106。

存储器接口102、一个或多个处理器104和/或外围接口106既可以是分立元件，也可以集成在一个或多个集成电路中。在移动终端100中，各种元件可以通过一条或多条通信总线或信号线来耦合。传感器、设备和子系统可以耦合到外围接口106，以便帮助实现多种功能。

例如，运动传感器110、光传感器112和距离传感器114可以耦合到外围接口106，以方便定向、照明和测距等功能。其他传感器116同样可以与外围接口106相连，例如定位系统(例如gps接收机)、温度传感器、生物测定传感器或其他感测设备，由此可以帮助实施相关的功能。

相机子系统120和光学传感器122可以用于方便诸如记录照片和视频剪辑的相机功能的实现，其中所述相机子系统和光学传感器例如可以是电荷耦合器件(ccd)或互补金属氧化物半导体(cmos)光学传感器。可以通过一个或多个无线通信子系统124来帮助实现通信功能，其中无线通信子系统可以包括射频接收机和发射机和/或光(例如红外)接收机和发射机。无线通信子系统124的特定设计和实施方式可以取决于移动终端100所支持的一个或多个通信网络。例如，移动终端100可以包括被设计成支持gsm网络、gprs网络、edge网络、wi-fi或wimax网络以及bluebooth^tm网络的通信子系统124。

音频子系统126可以与扬声器128以及麦克风130相耦合，以便帮助实施启用语音的功能，例如语音识别、语音复制、数字记录和电话功能。i/o子系统140可以包括触摸屏控制器142和/或一个或多个其他输入控制器144。触摸屏控制器142可以耦合到触摸屏146。举例来说，该触摸屏146和触摸屏控制器142可以使用多种触摸感测技术中的任何一种来检测与之进行的接触和移动或是暂停，其中感测技术包括但不局限于电容性、电阻性、红外和表面声波技术。一个或多个其他输入控制器144可以耦合到其他输入/控制设备148，例如一个或多个按钮、摇杆开关、拇指旋轮、红外端口、usb端口、和/或指示笔之类的指点设备。所述一个或多个按钮(未显示)可以包括用于控制扬声器128和/或麦克风130音量的向上/向下按钮。

存储器接口102可以与存储器150相耦合。该存储器150可以包括高速随机存取存储器和/或非易失性存储器，例如一个或多个磁盘存储设备，一个或多个光学存储设备，和/或闪存存储器(例如nand，nor)。存储器150可以存储操作系统172，例如android、ios或是windowsphone之类的操作系统。该操作系统172可以包括用于处理基本系统服务以及执行依赖于硬件的任务的指令。存储器150还可以存储应用174。在移动设备运行时，会从存储器150中加载操作系统172，并且由处理器104执行。应用154在运行时，也会从存储器150中加载，并由处理器104执行。应用174运行在操作系统之上，利用操作系统以及底层硬件提供的接口实现各种用户期望的功能，如即时通信、网页浏览、图片管理等。应用174可以是独立于操作系统172提供的，也可以是操作系统172自带的。

在上述各种应用174中，其中的一种应用为根据本发明的路径搜索设备200。该路径搜索设备能够在电子地图的节点较少时，采用一种应用了非二叉堆结构及排序的寻路方式，以便提高寻路效率。需要注意的是，该路径搜索设备200还能够在其他多种计算设备(例如，笔记本电脑、掌上游戏机等)中应用。

图2示出了根据本发明的一个实施例的基于a*算法的路径搜索设备200的结构示意图。该路径搜索设备200能够在多种计算设备中驻留。

当计算设备中包括了路径搜索设备200的应用组件(例如游戏组件等)需要在电子地图上进行路径选定时，可以采用a*算法进行路径选择。首先，应用组件将电子地图划分成多个节点组成的阵列，并且将阵列中的节点区分为障碍点和可以经过的节点，其中每个节点可以是具有一定面积的方格状的区域，也可以是一个圆心区域，当然也可以将节点设置为其他形状的区域。然后，当选定了路径的开始节点a和目标节点b时，会根据开始节点a和目标节点b在电子地图中与其他节点的位置关系对可以经过的节点进行数据分析。这里以方格状的节点为例，具体通过下述公式(1)对非障碍节点进行数据分析。

f＝g+h(1)

当选择一个节点(该节点为从节点a到节点b可选择的路径上的一个节点)为父节点c时，会对父节点c前进的方向进行分析。当对其周围可以直接到达的一个节点n进行数据分析时，g表示开始节点a经由父节点c到达节点n的实际移动消耗值，即实际代价。其中，从任一个非障碍节点向四周进行移动的方向可以有多种选择，例如，与该节点的四条边相邻地节点的方向，即前、后、左及右，当然也可以包括该节点斜对角的节点的方向，并且每次移动都对应一定的消耗值。为了便于计算，可以选择单步移动的消耗值相同。h表示从节点n到目标节点b的预计移动消耗值，即估计代价。h计算方式可以选择为，不对障碍点进行区分，而是直接沿着节点n到目标节点b之间的矩形区域边缘的节点移动后的移动消耗值。f表示节点a经由父节点c、节点n到达目标节点b的估价函数值。

如图2所示，根据本发明的基于a*算法的路径搜索设备包括列表存储器240、第一处理器210、监控器250、第二处理器220及第三处理器230。

列表存储器240适于存储开启列表及删除列表。该开启列表包括待寻路检测的节点，该删除列表包括从开启列表中删除的节点。在根据本发明的一个实施例中，当从a节点移动到一个节点d时，在节点d能够直接到达的周围的多个节点中，如果有节点不属于删除列表并且还没有加入到开启列表中，则开启列表适于接收并存储这些节点。

第一处理器210适于判断地图的阵列中节点的数量是否小于预定值，例如预定值取值为1000个节点。这里之所以对阵列中节点数量进行判断，是由于当节点数量较多时，二叉堆的存储结构以及相应的排序方式具有较好的性能。但是如果节点较少时，则会突显出在应用二叉堆结构及排序方式寻路时开销较高及结构复杂。因此需要应用一种更优化的结构及排序方式来进行寻路操作，以便对开启列表中节点进行插入和删除时，减少操作开销，降低时间复杂度。因此，如果确定该阵列中节点的数量小于预定值时，第一处理器210会将开启列表建成双向链表结构。这里在地图规模较小时采用双向链表结构，使得对列表存储器240中存储的开启列表中节点的插入、排序、删除等操作的处理流程更加简单，且效率更高。

监控器250适于监控用户输入或预置数据。监控器250会获取用户输入的或者寻路设备预置的开始节点a及目标节点b，然后将开始节点a加入双向链表。这里由于在开始节点加入之前开启列表为空，所以不需要对开启列表进行排序而直接将开始节点插入开启列表。

第二处理器220适于删除该双向链表表头的节点，并将所删除的双向链表表头的节点加入删除列表。这里所删除的链表的表头为路径搜索的路径上的一个节点，该节点如果是目标节点b，则寻路完成，如果不是目标节点b，则适于从该节点出发，继续向四周寻路。

第三处理器230适于判断第二处理器220删除的双向链表表头的节点是否为目标节点b。第一种情况是，所删除的双向链表表头的节点为目标节点b，则表示已经寻找到一条较短的移动路径供电子地图中的目标(例如，游戏中用户控制角色或者非控制角色)进行移动。因此，本次寻路完成，第三处理器230能根据删除列表中的节点获取开始节点a与目标节点b之间的最短路径，该最短路径为删除列表中的节点所组成的节点序列，并且将列表存储器中的开启列表和删除列表分别清空。随后，第三处理器230指示监控器250继续监控阵列，等待获取新的开始节点和目标节点。

第二种情况是，该删除的双向链表表头的节点不是目标节点b，则该删除的双向链表表头的节点为从开始节点a到目标节点b的路径上的中间节点，需要继续从该节点向目标节点b进行寻路操作，因此将该节点设置为父节点c。

进一步，第三处理器230获取父节点c周围满足预定条件的节点，然后将获取的节点加入双向链表。

具体地，首先第三处理器230更新开启列表中节点的实际代价g及估价函数值f，然后根据更新后的估价函数值f对开启列表进行排序，进而从双向链表的表头或表尾处开始，判断预插入的节点的插入位置，并且将节点插入到该插入位置。这里可以选择插入排序方式，也可以选择二分排序等方式寻找节点的插入位置。当然，也可以选择在将需要插入开启列表所有节点加入开启列表之后，再统一进行排序。其中满足预定条件的节点为所删除的双向链表表头的节点能直接到达、不属于删除列表且非障碍的节点。这里开启列表经过排序和插入之后，双向链表中新的表头节点为从父节点c向目标节点b寻路所选择的前进节点。

然后，第三处理器230指示第二处理器220删除该双向链表表头的节点(即所选择的前进节点)以及将所删除的双向链表表头的节点加入删除列表。

最后，第三处理器230继续判断新加入删除列表的从双向链表中删除的表头的节点是否为目标节点。

图3示出了根据本发明一个实施例的基于a*算法的路径搜索方法的流程图。该寻路方法适于在多种需要进行寻路的计算设备中执行。该地图为多个节点组成的阵列。该计算设备包括列表存储器，该列表存储器存有开启列表及删除列表。开启列表中包括了待寻路检测的节点，删除列表中包括从开启列表中删除的节点。

如图3所示，该方法300始于步骤s310，判断阵列中节点的数量是否小于预定值，如果确定该阵列中节点的数量小于预定值，则将所述开启列表建成双向链表。阵列中节点的数量对应于地图的规模。该预定值可以根据具体实施寻路方法的设备的处理能力进行确定，例如选定预定值为1000个节点。如果节点数量小于预定值，则选择将开启列表初始化为双向链表结构，以便对开启列表中的节点进行排序和插入或删除操作。这里由于采用双向链表结构，使得在对开启列表中节点进行操作时，可以比二叉堆等方式更加简单和方便，同时时间复杂度和资源开销较小。

随后，方法300进入步骤s320，监控用户针对地图的输入或者关于寻路的预置数据，可以根据用户输入的选择指示或者预置信息来获取开始节点a和目标节点b，并将开始节点a加入所述双向链表。在步骤s320中，开始节点a为路径的开始点，并且此时双向链表中只有开始节点a。因此在本步骤中不需要对开启列表中节点进行排序，而方法300直接进入步骤s330，删除双向链表表头的节点，并将删除的节点加入删除列表。这里所删除的链表的表头为路径搜索的路径上的一个节点，该节点如果是目标节点b，则寻路完成，如果不是目标节点b，则可以从该节点出发，继续向四周寻路，即可以选择将该节点设置为父节点c。

随后，方法300进入步骤s340，首先判断最新加入到删除列表的节点(最后从双向链表中删除的表头的节点)是否是目标节点b。如果该节点是目标节点b，则寻路任务完成，可以根据删除列表中节点获取开始节点a与目标节点b之间的最短或较短路径，即获取路径的节点序列，然后清空开启列表和删除列表。随后，方法300跳转到步骤s320，继续监控地图的阵列，以获取新的开始节点a及目标节点b。

当在步骤s340中确定最新加入删除列表的节点不是目标节点b时，则方法进入步骤s350，将该最新加入删除列表的节点作为父节点c，并获取该父节点c周围满足预定条件的节点，并加入到双向链表中。在步骤s350中，根据本发明的一个实施例，首先获取父节点c可直接到达、不是障碍点且不在删除列表中的节点，然后将所获取的节点中没有在开启列表的节点加入双向链表。

具体地，在步骤s350中，根据本发明的一个实施例，首先以获取的父节点c为基础，重新计算双向链表中每个节点的实际代价g，即从开始节点a经由父节点c到达每个节点的实际代价g，并且每个节点的h值保持不变，则根据每个节点的新的实际代价g，更新每个节点的估价函数值f。当开启列表中每个节点的实际代价g、估价函数值f更新完成后，对双向链表的节点进行排序，即将f值最小的节点存储在双向链表的表头位置。然后，将所获取的节点中没有在开启列表的节点以插入排序方式获取该节点在双向链表的插入位置，进而插入到双向链表中。随后，方法300跳转到步骤s330，继续删除双向链表表头的节点，并将删除的节点加入删除列表。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。