机器人探索算法答案

【问题标题】：Robot exploration algorithm机器人探索算法
【发布时间】：2011-07-18 17:19:02
【问题描述】：

我正在尝试为机器人设计一种算法，该算法试图找到位于包含障碍物的世界中的旗帜（位于未知位置）。机器人的任务是夺取旗帜并将其带到他的基地（代表他的起始位置）。机器人在每一步只能看到一个有限的邻域（他事先并不知道世界的样子），但他有无限的记忆来存储已经访问过的单元格。

我正在寻找有关如何以有效方式执行此操作的任何建议。尤其是第一部分；即登上旗帜。

【问题讨论】：

到目前为止你有什么想法？
如果你在机器人的位置，你会怎么做才能有效地找到flag？
@Lucasmus：我认为很难找到一些真正聪明的算法，因为除了他有限的社区之外，机器人对世界一无所知。 @Mitch Wheat：嗯，到目前为止，我只提出了一个这样的算法将包含的所需属性列表： - 访问已访问单元格的最小重复 - 全局目标：找到标志 - 局部目标：避免障碍和无限循环跨度>
所有这些答案的前提是您了解搜索功能的工作原理。如果不清楚，请查看我的answer 底部。我希望这有助于澄清。
此外，其中许多答案对于知情搜索非常有效，而这是一个不知情的搜索类型问题。我试图在我的答案的下一个编辑中解决这个问题，here。

标签： algorithm artificial-intelligence robotics

【解决方案1】：

通过简单的DFS 搜索至少你会找到标志:)

【讨论】：

好的。比如当你获得一些关于你的基地位置的信息（例如它与世界低端的距离）时，你怎么能用它来改进这样的算法？
BFS 怎么样？也很简单。

【解决方案2】：

你要做的是在机器人的视口中找到所有最小生成树，然后让机器人游戏他想去的地方。

【讨论】：

这将适用于知情搜索，机器人提前知道网格的情况。根据问题描述，机器人并未完全了解环境。
@Gunner：这超出了我的能力范围，但为什么不让机器人在他的下一步行动中玩欧拉电路？
空间填充曲线怎么样？这样机器人的空间索引为 +/- 100 或他所看到的任何内容，然后让他通过找到每个 mst 来找到方法并让他随机选择？

【解决方案3】：

如果遇到障碍物，您可以四处走动以确定其精确尺寸，并在测量后返回之前的路线。在视线范围内没有障碍物的情况下，您可以尝试朝最近的未检查区域方向前进。

这似乎不是最快的方法，但我认为这是开始的好方法。

【讨论】：

【解决方案4】：

其中一部分是寻路，例如A* algorithm。

其中一部分将是探索。任何有未知邻居的细胞都值得探索。最适合探索的细胞是那些离机器人最近且未探索的区域最大的细胞。

如果机器人透过墙壁看到某些探索候选者可能无法进入，即使标志已经可见，也可能需要探索。

每次显示新单元格时重新评估当前目标可能是值得的。只要只有在发现新细胞时才这样做，总会取得进展。

【讨论】：

【解决方案5】：

我认为方法是在机器人行进时构建图形。将有一个函数将网格的特定状态返回给机器人。这是必要的，因为机器人不会提前知道网格的状态。

您可以在搜索中应用启发式方法，从而增加到达标志的概率。

【讨论】：

你想要的是完整图形的空间填充曲线，你可以限制机器人视图，让他用 prim 或 kruskal 算法探索视图，让他从众多或让他探索最近的未知区域。

【解决方案6】：

一个简单的广度优先搜索/深度优先搜索将起作用，尽管速度很慢。请务必防止机器人多次检查具有相同正方形的路径，因为这将导致这些算法在标准情况下运行更长时间，并且在无法到达标志的情况下无限期运行。

A* 是更优雅的方法，尤其是当您知道标志相对于您自己的位置时。 Wikipedia，像往常一样，在解释它方面做得很好。使用的经典启发式方法是到目的地的载人距离（假设没有障碍物的移动次数）。

这些算法对于回程很有用 - 而不是“寻找标志”部分。

编辑： 这些方法包括在地图上创建代表正方形的对象，以及创建“路径”或一系列正方形来击中（或要采取的步骤）。一旦您构建了一个框架来表示您的正方形，使用哪种搜索的问题就变得不那么艰巨了。

这个类需要能够获取相邻方格的列表并知道它是否可遍历。

考虑到您没有所有信息，请尝试将未探索的图块视为可遍历的，如果发现它们不是，则重新计算。

编辑： 至于为未知物体寻找未知区域……

您可以使用Pledge's algorithm 之类的东西，直到找到您的空间边界，并随时记录所有信息。然后使用您最喜欢的漂移/寻路算法查看所有看不见的方块。如果在途中的任何时候，您看到了旗帜，请停止您正在做的事情并使用您最喜欢的寻路算法回家。

【讨论】：

我认为根据引擎为您提供信息的方式，该课程看起来会大不相同。我曾尝试起草它，但没有用于了解环境的接口，它只是 cmets 或伪代码。
某些单元格可能无法访问 - 有没有一种优雅的方法可以找出哪些单元格？
我认为最好的方法是在它周围寻找连接的不可遍历的单元格。可能是某种宽度优先的寻路，它只踩在不可穿越的方格上，最终条件是找到一条路径两次撞上一个方格，并且在每个可移动方向上都包含一个方格。
您如何看待视口的空间填充曲线和带 prim 的 mst？
@epitaph 为了什么？求一个已知点到另一个点的距离？我以前从未这样做过，但我怀疑这比广度优先搜索的计算量要大得多。基本上我认为这相当于在开始任何计算之前扩展每条可能的路径，所以它没有希望在那之前完成。基本上，这就像广度/深度优先搜索总是在最坏的时间和空间中运行。

【解决方案7】：

嗯，这有两个部分。 1) 寻找旗帜 2) 回家

对于搜索部分，每次我完成一个完整的循环时，我都会向外移动原点。通过这种方式，您可以搜索每个方格并识别它是否是空地、障碍物、地图边界或旗帜。这样，您就可以创建环境地图。

找到标志后，您可以原路返回，或者找到更直接的路线。如果是更直接的路线，那么您将不得不使用您创建的地图来查找直接路线。

【讨论】：

【解决方案8】：

正如许多人所提到的，如果您知道自己在哪里以及您的目标在哪里，A* 对全球规划很有帮助。但是，如果您没有这种全局知识，那么您应该研究一类称为“错误”算法的算法。

至于探索，如果你想以最快的速度找到标志，取决于你的机器人能看到多少本地邻域，你应该尽量不让这个邻域重叠。例如，如果您的机器人可以从各个方向看到它周围的一个单元格，则您应该每隔三列探索一次。（第 1、4、7 列等）。但是，如果机器人只能看到它当前占用的单元格，那么您可以做的最优化的事情就是不要返回您已经访问过的单元格。

【讨论】：