优化A-Star算法

Question

我已经根据维基百科在here上的实现实现了A*算法，但是在移动设备上运行它太慢了。虽然它在台式电脑上运行得很好，但我不得不等待无尽的时间才能完成这个功能。我能做些什么来优化算法吗？

下面是实际的代码

public DriveRoute findroute(routenode from, routenode to)
        {
            Dictionary<int, routenode> openlist = new Dictionary<int, routenode>();
            openlist.Add(from.nodeid, from);
            Dictionary<int, routenode> closedlist = new Dictionary<int, routenode>();
            Dictionary<int, double> gscores = new Dictionary<int, double>();
            gscores.Add(from.nodeid, 0);
            Dictionary<int, double> hscores = new Dictionary<int, double>();
            hscores.Add(from.nodeid, distanceForRouting(from.latlon, to.latlon));
            Dictionary<int, double> fscores = new Dictionary<int, double>();
            fscores.Add(from.nodeid, gscores[from.nodeid] + hscores[from.nodeid]);
            Dictionary<int, routenode> came_from = new Dictionary<int, routenode>();
            while (openlist.Values.Count > 0)
            {
                routenode x = getLowestFscore(openlist, fscores);
                if (x.latlon.Equals(to.latlon))
                {
                    return rebuildPathWay(came_from, to);
                }
                openlist.Remove(x.nodeid);
                closedlist.Add(x.nodeid, x);
                foreach (routearc arc in x.outgoingarcs)
                {
                    if (closedlist.Keys.Contains(arc.endnode))
                        continue;
                    double tentative_g_score = gscores[x.nodeid] + arc.time;
                    bool tentative_is_better = false;
                    if (!openlist.Keys.Contains(arc.endnode))
                    {
                        openlist.Add(arc.endnode, map.routenodes[arc.endnode]);
                        tentative_is_better = true;
                    }
                    else if (tentative_g_score < gscores[arc.endnode])
                    {
                        tentative_is_better = true;
                    }
                    if (tentative_is_better)
                    {
                        if (came_from.ContainsKey(arc.endnode))
                            came_from[arc.endnode] = x;
                        else
                            came_from.Add(arc.endnode, x);
                        gscores[arc.endnode] = tentative_g_score;
                        hscores[arc.endnode] = distanceForRouting(arc.endlatlon, to.latlon);
                        fscores[arc.endnode] = gscores[arc.endnode] + hscores[arc.endnode];
                    }
                }
            }
            return null;
        }

Answer 1

在看不到完整代码的情况下，很难给出任何提示，但我可以给出一些提示：

您在字典上所做的主要操作是查找成本最低的内容。字典后面的数据结构应该针对此操作进行优化。典型的数据结构应该是堆(不是与new/delete malloc/free相关的内容，而是数据结构：http://en.wikipedia.org/wiki/Heap_%28data_structure%29 )

你会发现这种数据结构的子类型，比如斐波那契堆等等。值得一试。在没有实现A*的情况下，我也会尝试一下splay-tree (在wiki上搜索一下就会找到结果)。

第二:您是否在算法运行时插入和删除节点？如果是这样的话，请确保您自己构建了一个预先分配的节点池，并使用它，而不是调用new/delete或malloc/free。内存分配可能非常慢。

Answer 2

您应该在优先级队列中缓存每个节点的分数。这样，您只需在每次需要新节点时从优先级队列中弹出第一个节点，而不必调用getLowestFscore。在实现PriorityQueue时，只需使用SortedDictionary<int, List<routenode>>。使用SetDefault (有关示例，请参阅here )使您的工作变得更容易。

此外，由于您在移动设备上遇到了更多问题，这可能是内存问题。在这种情况下，您可能想要考虑使用有界BeamSearch -它不会每次都提供最好的结果，但它应该运行得更快。

Answer 3

你能并行化for循环吗？您是否正在使用具有多核的特定移动设备？如果是这样，请查看Tasks.Parallel.For(....)或者Foreach。

此外，请考虑缓存任何可以缓存的信息。

你为什么使用A*而不是Djikstra的算法？