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深入理解游戏中寻路算法(1)

liebian365 2025-03-04 12:59 7 浏览 0 评论

如果你玩过MMOARPG游戏,比如魔兽,你会发现人物行走会很有趣,为了模仿人物行走的真实体验,他们会选择最近路线达到目的地,期间会避开高山或者湖水,绕过箱子或者树林,直到走到你所选定的目的地。

这种看似寻常的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。

在这篇文章中我们会循序渐进来讲解寻路算法是如何演进的,你会看到一种算法从简单到高效所遇到的问题,以及精进的过程,带着问题来阅读,理解更快。

本篇主要包含以下内容:

?1、图,

2、宽度最优搜索,

3、Dijkstra 算法,

4、贪心算法,

5、A*搜索算法,

6、B*搜索算法,

1、游戏中的人物是如何寻路的

你所看到的人物行走方式:

开发人员实际所看到的方式:

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割成网格,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。

2、图

在讲寻路算法之前我们先了解一种数据结构—图,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。

3、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。

深度优先搜索

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。

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”。

我们看到的代码

var frontier = new Array();

frontier.put(start);

var visited = new Array();

visited[start] = true;



while(frontier.length>0){

    current = frontier.get();

     //查找周围顶点

    for(next in graph.neighbors(current)){

        var notInVisited = visited.indexOf(next)==-1;

        //没有访问过

        if(notInVisited) {

            frontier.put(next);

            visited[next] = true;

          }

       }
}

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。

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