路径算法(一)

291 阅读4分钟

这是我参与8月更文挑战的第6天,活动详情查看: 8月更文挑战

寻路在程序实现起来就需要一定的寻路算法来解决,如何在最短时间内找到一条路径最短的路线,这是寻路算法首先要考虑的问题。

如何寻路

你所看到的行走方式:

1.jpg

开发人员实际所看到的方式:

2.jpg

对于一张地图,开发人员需要通过一定的方案将其转换为数据对象,常见的就是以上这种把地图切个成网格,当然了地图的划分方式不一定非要用网格这种方式,采用多边形方式也可以,这取决于你的游戏,一般情况下,同等面积的地图采用更少的顶点,寻路算法会更快。寻路中常用的数据结构就是图,以下我们先来了解一下。

图Graph

在讲寻路算法之前我们先了解一种数据结构-图(Graph),数据结构是我们进行算法运算的基础,好的数据结构除了方便我们理解算法,还会提升算法的效率。网格某种意义上也是图的演变,只是图形变了而已,理解了图的概念可以帮助我们更好理解寻路算法。

图的基本定义:

图的正式表达式是 G=(V,E), V是代表顶点的集合,E和V是一种二元关系,可以理解为边,比如有条边从顶点U到顶点V结束,那么E可以用(u,v)来表示这条边。具体的有向图和无向图,也是边是否有方向来区分。为了方便理解,我们文中所有的数据演示都是基于网格地图来进行讲解,以下是几种关系梳理,以A为顶点,BCDE为子顶点,我们可以把每个格子也看是一个顶点。

image.png

搜索算法

对一个图进行搜索意味着按照某种特定的顺序依次访问其顶点。对于多图算法来说,广度优先算法和深度优先搜索算法都十分重要,因为它们提供了一套系统地访问图数据结构的方法。我们着重讲解广度优先搜索算法。

  1. 深度优先搜索 深度优先算法和最小路径关系不大,我们只简单介绍。

深度优先搜索算法(简称DFS)是一种用于遍历或搜索树或图的算法。沿着树的深度遍历树的节点,尽可能深的搜索树的分支。当节点v的所在边都己被探寻过,搜索将回溯到发现节点v的那条边的起始节点。这一过程一直进行到已发现从源节点可达的所有节点为止。

  1. 广度优先搜索 广度优先搜索算法(简称BFS)又称为宽度优先搜索,是一种图形搜索算法,很适合用来探讨最短路径的第一个模型,我们会顺着这个思路往下讲。

BFS是一种盲目搜寻法,目的是系统地展开并检查图中的所有节点,以找寻结果。换句话说,它并不考虑结果的可能位址,彻底地搜索整张图,直到找到结果为止它的步骤如下:

  • 首先将根节点放入队列中。
  • 从队列中取出第一个节点,并检验它是否为目标。
  • 如果找到目标,则结束搜寻并回传结果。
  • 否则将它所有尚未检验过的直接子节点(邻节点)加入队列中。
  • 若队列为空,表示整张图都检查过了——亦即图中没有欲搜寻的目标。结束搜寻并回传“找不到目标”。

tree.gif

网格:

grid.gif

我们看下代码(js):

image.png

从上可以发现,宽度搜索就是以开始顶点为起点,访问其子节点(在网格中是访问周围节点),然后不断的循环这个过程,直到找到目标,这种算法比较符合常规逻辑,把所有的的顶点全部枚举一遍。不过这种方式也有很明显的缺点。

缺陷: 1、效率底下, 时间复杂度是:T(n) = O(n^2)

2、每个顶点之间没有权值,无法定义优先级,不能找到最优路线。比如遇到水域需要绕过行走,在宽度算法里面无法涉及。

如何解决这个问题?我们来看Dijkstra 算法。

有关Dijkstra算法,请见->路径算法(二)