web-dev-qa-db-ja.com

Python-Aスターパスファインディングアルゴリズムを高速化

最初の少し複雑なアルゴリズムである A Star Pathfinding アルゴリズムの実装をコーディングしました。グラフの実装について Python.orgのアドバイス に従って、各ノードがリンクされているすべてのノードを辞書に含めました。さて、これはすべてゲームに関するものなので、各ノードは実際にはノードのグリッド内の単なるタイルであり、したがって、私はどのようにヒューリスティックを計算していて、それらを時々参照しています。

Timeitのおかげで、この関数を1秒あたり100回強正常に実行できることがわかりました。当然のことながら、これは私を少し不安にさせます。これには、グラフィックスやゲームロジックの計算など、他の「ゲームに関すること」が行われていないためです。だから、私のアルゴリズムをスピードアップできる人がいるかどうかを確認したいのですが、私はCythonに完全に慣れていないか、それとも親切です。Cの行をコーディングすることはできません。

これ以上とりとめなく、これが私のスター関数です。

def aStar(self, graph, current, end):
    openList = []
    closedList = []
    path = []

    def retracePath(c):
        path.insert(0,c)
        if c.parent == None:
            return
        retracePath(c.parent)

    openList.append(current)
    while len(openList) is not 0:
        current = min(openList, key=lambda inst:inst.H)
        if current == end:
            return retracePath(current)
        openList.remove(current)
        closedList.append(current)
        for tile in graph[current]:
            if tile not in closedList:
                tile.H = (abs(end.x-tile.x)+abs(end.y-tile.y))*10 
                if tile not in openList:
                    openList.append(tile)
                tile.parent = current
    return path
pythonalgorithmperformancea-star
34
DizzyDoo

簡単な最適化は、オープンセットとクローズセットのリストの代わりにセットを使用することです。

openSet   = set()
closedSet = set()

これにより、O（の代わりにinおよびnot inテストがすべてO(1)になります）ん）。

39
John Kugelman

前述のようにセットを使用しますが、ヒープを使用して最小要素（次のcurrentになる要素）を見つけることもします。これには、openSetとopenHeapの両方を保持する必要がありますが、メモリは実際には問題になりません。また、挿入をO(1)およびヒープをO（log N）に設定して高速になるようにします。唯一の問題は、heapqモジュールが実際にキーを使用するように作成されていないことです。 。個人的には、キーを使用するように変更するだけですが、それほど難しくはありません。または、ヒープで（tile.H、tile）のタプルを使用することもできます。

また、再帰の代わりに反復を使用するというaaronasterlingのアイデアに従いますが、pathの最後に要素を追加し、最後にpathを逆にします。その理由は、リストの0番目の位置に項目を挿入するのは非常に遅い（O（N）だと思う）のに対して、追記はO(1)を正しく思い出せば、その部分のコードは次のようになります：

def retracePath(c):
    path = [c]
    while c.parent is not None:
        c = c.parent
        path.append(c)
    path.reverse()
    return path

それはあなたのコードからすべきであるように見えたので、私は最後にリターンパスを置きました。

以下は、セット、ヒープなどを使用した最終的なコードです。

import heapq


def aStar(graph, current, end):
    openSet = set()
    openHeap = []
    closedSet = set()

    def retracePath(c):
        path = [c]
        while c.parent is not None:
            c = c.parent
            path.append(c)
        path.reverse()
        return path

    openSet.add(current)
    openHeap.append((0, current))
    while openSet:
        current = heapq.heappop(openHeap)[1]
        if current == end:
            return retracePath(current)
        openSet.remove(current)
        closedSet.add(current)
        for tile in graph[current]:
            if tile not in closedSet:
                tile.H = (abs(end.x - tile.x)+abs(end.y-tile.y))*10
                if tile not in openSet:
                    openSet.add(tile)
                    heapq.heappush(openHeap, (tile.H, tile))
                tile.parent = current
    return []
10
Justin Peel

上記のように、closedSetをセットにします。

openListをヒープとしてコーディングしてみましたimport heapq：

import heapq

def aStar(self, graph, current, end):
    closedList = set()
    path = []

    def retracePath(c):
        path.insert(0,c)
        if c.parent == None:
            return
        retracePath(c.parent)

    openList = [(-1, current)]
    heapq.heapify(openList)
    while openList:
        score, current = openList.heappop()
        if current == end:
            return retracePath(current)
        closedList.add(current)
        for tile in graph[current]:
            if tile not in closedList:
                tile.H = (abs(end.x-tile.x)+abs(end.y-tile.y))*10 
                if tile not in openList:
                    openList.heappush((tile.H, tile))
                tile.parent = current
    return path

ただし、まだif tile not in openListで検索する必要があるため、次のようにします。

def aStar(self, graph, current, end):
    openList = set()
    closedList = set()

    def retracePath(c):
        def parentgen(c):
             while c:
                 yield c
                 c = c.parent
        result = [element for element in parentgen(c)]
        result.reverse()
        return result

    openList.add(current)
    while openList:
        current = sorted(openList, key=lambda inst:inst.H)[0]
        if current == end:
            return retracePath(current)
        openList.remove(current)
        closedList.add(current)
        for tile in graph[current]:
            if tile not in closedList:
                tile.H = (abs(end.x-tile.x)+abs(end.y-tile.y))*10 
                openList.add(tile)
                tile.parent = current
    return []
5
hughdbrown