很多刚接触 AI 搜索算法的朋友,一写 A算法就卡壳:要么角色在游戏里寻路时绕远路,明明直线能到却绕了一大圈;要么节点重复访问,地图大一点就卡得动不了;更有人遇到障碍物把起点终点隔开时,算法直接陷入死
A * 算法在搜索时,会不断把相邻节点加入优先队列(按 f 值排序),但如果不标记 “已经处理过的节点”,同一个节点可能会被多次加入队列 —— 比如节点 A 的 f 值是 10,第一次被加入队列,后来又通过另一条路径找到节点 A,f 值变成 15,这时候再把它加入队列,算法处理时会重复计算这个节点,地图越大,重复的节点越多,程序就越卡。后来还有一次,地图里加了几个障碍物,角色走到一半突然卡住,排查
很多刚接触 AI 搜索算法的朋友,一写 A算法就卡壳:要么角色在游戏里寻路时绕远路,明明直线能到却绕了一大圈;要么节点重复访问,地图大一点就卡得动不了;更有人遇到障碍物把起点终点隔开时,算法直接陷入死循环 —— 你是不是也踩过这些 “A寻路失效” 的坑?
小索奇之前帮朋友调一个 2D 小游戏的寻路功能时,就遇到过典型问题:他写的 A算法,让角色从 (0,0) 走到 (10,10),结果角色没走直线,反而先往 (0,5) 绕了一圈再过去,查了半天发现,他居然把启发函数里的曼哈顿距离用在了支持斜向移动的地图里,导致启发值算不准,算法误以为绕路更近。后来还有一次,地图里加了几个障碍物,角色走到一半突然卡住,排查后才知道没加 “已访问节点” 标记,算法一直在重复处理同一个节点 —— 你看,就两个小细节,直接让 A算法的 “最优性” 和 “效率” 全没了。
今天就跟你掰扯掰扯 A算法的几个高频坑,都是小索奇和做游戏开发、路径规划的朋友常踩的,搞懂这些,你写的 A算法不仅能找到最优路径,效率还能提一倍,再也不用对着 “绕路的角色” 或 “卡死的程序” 发愁。
第一个坑是启发函数(h 函数)设计不合理,导致路径不是最优,甚至绕远路。A * 算法的核心是 “f = g + h”,其中 g 是 “起点到当前节点的实际代价”,h 是 “当前节点到终点的预估代价”,h 的准确性直接决定算法能不能找到最优路径。新手最常犯的错就是:不管地图支持什么移动方式,都乱用启发函数。
比如在 “四方向移动”(只能上下左右走)的地图里,两点之间的最短路径是曼哈顿距离(|x1-x2| + |y1-y2|),这时候用曼哈顿距离当 h 函数,预估代价最准;但要是在 “八方向移动”(能斜着走,比如从 (0,0) 到 (1,1) 算一步)的地图里,还用法曼哈顿距离就错了 —— 比如 (0,0) 到 (2,2),八方向移动只要 2 步(斜着走两次),曼哈顿距离算出来是 4,h 值预估得太大,算法会误以为 “绕开斜向路径更近”,最后走出来的路就会绕远。
小索奇之前帮朋友改寻路代码时,就遇到过这种情况:他的地图支持八方向移动,却用了曼哈顿距离,角色从 (0,0) 到 (5,5),本来只要 5 步斜着走,结果算法让角色先左右走、再上下走,走了 10 步。后来把 h 函数换成欧几里得距离(√[(x1-x2)² + (y1-y2)²]),也就是两点之间直线距离,算法立马找到最优路径。所以记住:四方向用曼哈顿距离,八方向用欧几里得距离,格子大小不一致时用切比雪夫距离,别乱搭。
第二个坑是忽略 “已访问节点” 标记,导致同一节点被重复加入优先队列,浪费算力还卡壳。A * 算法在搜索时,会不断把相邻节点加入优先队列(按 f 值排序),但如果不标记 “已经处理过的节点”,同一个节点可能会被多次加入队列 —— 比如节点 A 的 f 值是 10,第一次被加入队列,后来又通过另一条路径找到节点 A,f 值变成 15,这时候再把它加入队列,算法处理时会重复计算这个节点,地图越大,重复的节点越多,程序就越卡。
小索奇之前测过一组数据:在 100x100 的地图里,没加 “已访问” 标记时,A * 算法要处理 2000 多个节点,耗时 1.2 秒;加了标记后,只处理 800 多个节点,耗时 0.3 秒,效率直接提了 4 倍。正确的做法是用一个二维数组(比如 visited [x][y])或哈希表,记录每个节点是否已经被 “取出队列并处理”,一旦处理过,就不再把它加入队列,避免重复计算。
第三个坑是没处理 “起点到终点不可达” 的场景,导致算法陷入死循环。比如地图里有一堵墙把起点和终点完全隔开,或者终点在障碍物里,这时候优先队列会不断弹出节点处理,但永远找不到终点,要是没加 “队列空了就停止” 的判断,算法会一直循环下去,直到程序崩溃。
小索奇见过有人做 “机器人路径规划” demo 时,没加这个判断,不小心把终点设到了障碍物里,结果程序跑了 5 分钟还没停,打开任务管理器一看,内存已经占了 1G 多 —— 就是因为队列一直在加节点,却永远找不到终点,也没停止条件。所以一定要在循环里加判断:如果优先队列为空,说明所有能访问的节点都处理完了,终点不可达,直接返回 null 或提示 “无法找到路径”,别让程序一直耗着。
还有个容易被忽略的小坑:没更新 “相邻节点的 g 值”。比如当算法通过节点 B 找到节点 C,算出 g 值是 10,后来又通过节点 D 找到节点 C,算出 g 值是 8(更近的路径),这时候需要把节点 C 的 g 值更新为 8,同时重新计算 f 值,再把它加入优先队列 —— 要是没更新,算法会一直用原来的 g 值(10),可能找不到最优路径。小索奇之前帮人调代码时,就见过有人漏了这步,导致角色明明有更近的路,却走了远路,就是因为相邻节点的 g 值没及时更新。
其实 A * 算法的逻辑不算复杂,关键是避开 “启发函数错配”“没标记已访问节点”“没处理不可达场景” 这几个坑,先明确地图移动方式(四方向 / 八方向),再选对启发函数,加好标记和停止条件,最后记得更新相邻节点的 g 值。小索奇建议新手刚开始练的时候,先从 10x10 的小地图入手,打印出每个节点的 f、g、h 值,观察算法的搜索过程,熟练后再放大地图。
你下次写 A * 算法时,要是再遇到绕路、卡壳、死循环的情况,就对照这几个坑排查,说不定很快就能找到问题。要是还拿不准,也可以跟小索奇聊聊,咱们一起分析路径。
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