#

Junjie

22 小时以前 96f987b030f4c961a985f07079ba12abd865fdb2

 src/main/java/com/zy/common/utils/NavigateSolution.java

@@ -1,248 +1,308 @@
package com.zy.common.utils;

import com.alibaba.fastjson.JSON;
import com.alibaba.fastjson.JSONObject;
import com.baomidou.mybatisplus.mapper.EntityWrapper;
import com.core.common.SpringUtils;
import com.core.exception.CoolException;
import com.zy.asrs.entity.BasMap;
import com.zy.asrs.service.BasMapService;
import com.zy.common.model.NavigateNode;
import com.zy.core.enums.MapNodeType;
import com.zy.core.model.PythonResult;
import com.zy.system.entity.Config;
import com.zy.system.service.ConfigService;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.PriorityQueue;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import java.util.function.BiFunction;

/**
 * 四向库核心
 * A*算法实现类
 */
public class NavigateSolution {

    // -1 -> 墙壁， 0 -> 货位， 1 -> 起点  2 -> 终点  3-> 母轨  4->输送站点  5->充电桩 6->小车可走输送站点  66->小车  67->提升机

    int[][] map = {{}};

    public NavigateSolution(Integer mapType, Integer lev, List<int[]> whitePoints, List<int[]> shuttlePoints) {
        //载入地图指定层高地图
        NavigateMapData mapData = SpringUtils.getBean(NavigateMapData.class);
        int[][] data = mapData.getDataFromRedis(lev, mapType, whitePoints, shuttlePoints);
        if (data == null) {
            throw new CoolException("地图未载入！");
        }
        this.map = data;
    }

    public NavigateSolution(int[][] data) {
        this.map = data;
    }

    // Open表用优先队列
    public PriorityQueue<NavigateNode> Open = new PriorityQueue<NavigateNode>();
    //Close表用普通的数组
    public ArrayList<NavigateNode> Close = new ArrayList<NavigateNode>();
    //Exist表用来存放已经出现过的结点。
    public ArrayList<NavigateNode> Exist = new ArrayList<NavigateNode>();
    //用来存放已经出现过的结点。
    Map<String, Integer> bestGMap = new HashMap<>();

    public String astarSearch(NavigateNode start, NavigateNode end, String pythonScriptPath) {
        String maps = JSON.toJSONString(map);
        String startStr = start.getX() + "-" + start.getY();
        String targetStr = end.getX() + "-" + end.getY();

        //默认地图母轨方向x
        String mapDirection = "x";
        ConfigService configService = SpringUtils.getBean(ConfigService.class);
        if (configService != null) {
            Config config = configService.selectOne(new EntityWrapper<Config>()
                    .eq("code", "direction_map")
                    .eq("status", 1));
            if (config != null) {
                mapDirection = config.getValue();
            }
    public List<List<NavigateNode>> getStationMap(int lev) {
        BasMapService basMapService = SpringUtils.getBean(BasMapService.class);
        BasMap basMap = basMapService.selectOne(new EntityWrapper<BasMap>().eq("lev", lev));
        if (basMap == null) {
            throw new CoolException("地图不存在");
        }

        ProcessBuilder processBuilder = new ProcessBuilder("python", pythonScriptPath, maps, startStr, targetStr, mapDirection);
        processBuilder.redirectErrorStream(true);
        List<List<JSONObject>> dataList = JSON.parseObject(basMap.getData(), List.class);

        try {
            Process process = processBuilder.start();
        List<List<NavigateNode>> navigateNodeList = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < dataList.size(); i++) {
            List<JSONObject> row = dataList.get(i);
            List<NavigateNode> navigateNodeRow = new ArrayList<>();
            for (int j = 0; j < row.size(); j++) {
                JSONObject map = row.get(j);
                NavigateNode navigateNode = new NavigateNode(i, j);

            // 读取Python脚本的输出
            BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getInputStream()));
            String line;
            StringBuilder builder = new StringBuilder();
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                builder.append(line);
                String nodeType = map.getString("type");
                if(nodeType == null) {
                    navigateNode.setValue(MapNodeType.DISABLE.id);
                }else if(nodeType.equals("devp") || nodeType.equals("merge")){
                    navigateNode.setValue(MapNodeType.NORMAL_PATH.id);

                    JSONObject valueObj = JSON.parseObject(map.getString("value"));
                    List<String> directionList = valueObj.getJSONArray("direction").toJavaList(String.class);
                    navigateNode.setDirectionList(directionList);
                }else {
                    navigateNode.setValue(MapNodeType.DISABLE.id);
                }

                navigateNode.setNodeType(nodeType);
                navigateNode.setNodeValue(map.getString("value"));
                navigateNodeRow.add(navigateNode);
            }

            // 等待Python脚本执行完成
            int exitCode = process.waitFor();
            if (exitCode != 0) {
                System.out.println("Python script exited with error code: " + exitCode);
                return null;
            }
            reader.close();

            if (builder.length() <= 0) {
                return null;
            }

            PythonResult result = JSON.parseObject(builder.toString(), PythonResult.class);
            if (result.getCalcResult() != 200) {
                return null;
            }

            String path = result.getPath();
            return path;
        } catch (IOException | InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
            navigateNodeList.add(navigateNodeRow);
        }

        return navigateNodeList;
    }

    public List<List<NavigateNode>> getRgvTrackMap(int lev) {
        BasMapService basMapService = SpringUtils.getBean(BasMapService.class);
        BasMap basMap = basMapService.selectOne(new EntityWrapper<BasMap>().eq("lev", lev));
        if (basMap == null) {
            throw new CoolException("地图不存在");
        }

        List<List<JSONObject>> dataList = JSON.parseObject(basMap.getData(), List.class);

        List<List<NavigateNode>> navigateNodeList = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < dataList.size(); i++) {
            List<JSONObject> row = dataList.get(i);
            List<NavigateNode> navigateNodeRow = new ArrayList<>();
            for (int j = 0; j < row.size(); j++) {
                JSONObject map = row.get(j);
                NavigateNode navigateNode = new NavigateNode(i, j);

                String nodeType = map.getString("type");
                if(nodeType == null) {
                    navigateNode.setValue(MapNodeType.DISABLE.id);
                }else if(nodeType.equals("rgv")){
                    navigateNode.setValue(MapNodeType.NORMAL_PATH.id);
                    JSONObject valueObj = JSON.parseObject(map.getString("value"));

                    //RGV暂不控制行走方向，默认上下左右都可走
                    List<String> directionList = new ArrayList<>();
                    directionList.add("top");
                    directionList.add("bottom");
                    directionList.add("left");
                    directionList.add("right");
                    navigateNode.setDirectionList(directionList);
                }else {
                    navigateNode.setValue(MapNodeType.DISABLE.id);
                }

                navigateNode.setNodeType(nodeType);
                navigateNode.setNodeValue(map.getString("value"));
                navigateNodeRow.add(navigateNode);
            }
            navigateNodeList.add(navigateNodeRow);
        }

        return navigateNodeList;
    }

    public NavigateNode astarSearchJava(List<List<NavigateNode>> map, NavigateNode start, NavigateNode end) {
        // 清理上次搜索的状态，防止复用实例导致记录残留
        this.Open.clear();
        this.Close.clear();
        this.bestGMap.clear();
        //把第一个开始的结点加入到Open表中
        this.Open.add(start);
        //主循环
        while (Open.size() > 0) {
            //取优先队列顶部元素并且把这个元素从Open表中删除
            NavigateNode current_node = Open.poll();

            if (current_node.getX() == end.getX() && current_node.getY() == end.getY()) {//找到目标结点就返回
                return current_node;
            }

            //将这个结点加入到Close表中
            Close.add(current_node);
            //对当前结点进行扩展，得到一个四周结点的数组
            ArrayList<NavigateNode> neighbour_node = extend_current_node(map, current_node);
            //对这个结点遍历，看是否有目标结点出现
            for (NavigateNode node : neighbour_node) {
                // 已在关闭列表中的节点不再处理，避免父链反复改写形成环
                if (Close.contains(node)) {
                    continue;
                }
                // G + H + E (对启发函数增加去拐点方案calcNodeExtraCost)
                int gCost = calcNodeExtraCost(current_node, node, end);

                //进行计算对G, F, H 等值
                node.setG(1 + gCost);
                node.init_node(current_node, end);
                node.setH(calcNodeCost(node, end));
                node.setF(node.getG() + node.getH());

                String key = node.getX() + "_" + node.getY();
                Integer recordedG = bestGMap.get(key);
                // 仅当找到更小的代价时才更新与入Open，避免等价代价反复入队导致父链抖动
                if (recordedG == null || node.getG() < recordedG) {
                    bestGMap.put(key, node.getG());

                    Open.add(node);
                }
            }
        }
        //如果遍历完所有出现的结点都没有找到最终的结点，返回null
        return null;
    }

//    public NavigateNode astarSearch(NavigateNode start, NavigateNode end) {
//        //把第一个开始的结点加入到Open表中
//        this.Open.add(start);
//        //把出现过的结点加入到Exist表中
//        this.Exist.add(start);
//        //主循环
//        while (Open.size() > 0) {
//            //取优先队列顶部元素并且把这个元素从Open表中删除
//            NavigateNode current_node = Open.poll();
//            //将这个结点加入到Close表中
//            Close.add(current_node);
//            //对当前结点进行扩展，得到一个四周结点的数组
//            ArrayList<NavigateNode> neighbour_node = extend_current_node(current_node);
//            //对这个结点遍历，看是否有目标结点出现
//            for (NavigateNode node : neighbour_node) {
//                // G + H + E (对启发函数增加去拐点方案calcNodeExtraCost)
//                int gCost = calcNodeCost(current_node, node) * calcNodeExtraCost(current_node, node, end);
//                if (node.getX() == end.getX() && node.getY() == end.getY()) {//找到目标结点就返回
//                    //init_node操作把这个邻居结点的父节点设置为当前结点
//                    //并且计算出G， F， H等值
//                    node.setLastDistance(gCost);
//                    node.init_node(current_node, end);
//                    return node;
//                }
//
//                //进行计算对G, F, H 等值
//                node.setLastDistance(gCost);
//                node.init_node(current_node, end);
//                node.setH(calcNodeCost(node, end));
//                node.setF(node.getG() + node.getH());
//
//                Open.add(node);
//                Exist.add(node);
//            }
//        }
//        //如果遍历完所有出现的结点都没有找到最终的结点，返回null
//        return null;
//    }
    public List<List<NavigateNode>> allSimplePaths(
            List<List<NavigateNode>> map,
            NavigateNode start,
            NavigateNode end,
            int maxDepth,    // 最大步数(边数). 建议：50/100/200；<=0 表示不限制（不建议）
            int maxPaths,    // 最大返回条数. 建议：100/500/2000；<=0 表示不限制（不建议）
            int maxCost      // 最大总代价(含拐点惩罚). <=0 表示不限制
    ) {
        List<List<NavigateNode>> results = new ArrayList<>();
        if (map == null || map.isEmpty() || map.get(0).isEmpty()) return results;
        if (start == null || end == null) return results;
        if (start.getValue() == MapNodeType.DISABLE.id || end.getValue() == MapNodeType.DISABLE.id) return results;

        // visited 用坐标 key，避免 NavigateNode equals/hashCode 不可靠导致重复判断失效
        Set<String> visited = new HashSet<>(map.size() * map.get(0).size() * 2);
        LinkedList<NavigateNode> path = new LinkedList<>();

    public ArrayList<NavigateNode> extend_current_node(NavigateNode current_node) {
        //默认地图母轨方向x
        String mapDirection = "x";
        ConfigService configService = SpringUtils.getBean(ConfigService.class);
        if (configService != null) {
            Config config = configService.selectOne(new EntityWrapper<Config>()
                    .eq("config", "direction_map")
                    .eq("status", 1));
            if (config != null) {
                mapDirection = config.getValue();
            }
        String startKey = keyOf(start);
        visited.add(startKey);
        path.add(start);

        AtomicInteger pathCount = new AtomicInteger(0);

        dfsAllSimplePaths(map, start, end,
                visited, path, results,
                0,  // depth
                0,  // cost
                maxDepth, maxPaths, maxCost,
                pathCount
        );

        return results;
    }

    /**
     * DFS + 回溯：枚举所有简单路径（路径中不允许重复节点）
     */
    private void dfsAllSimplePaths(
            List<List<NavigateNode>> map,
            NavigateNode current,
            NavigateNode end,
            Set<String> visited,
            LinkedList<NavigateNode> path,
            List<List<NavigateNode>> results,
            int depth,     // 当前步数（边数）
            int cost,      // 当前总代价（你可以认为是 g）
            int maxDepth,
            int maxPaths,
            int maxCost,
            AtomicInteger pathCount
    ) {
        // 防爆：条数限制
        if (maxPaths > 0 && pathCount.get() >= maxPaths) return;

        // 到达终点：收集路径
        if (current.getX() == end.getX() && current.getY() == end.getY()) {
            results.add(new ArrayList<>(path));
            pathCount.incrementAndGet();
            return;
        }

        // 防爆：深度限制（depth 表示已走的边数）
        if (maxDepth > 0 && depth >= maxDepth) return;

        // 扩展邻居（严格复用你自己的可行走方向规则）
        ArrayList<NavigateNode> neighbors = extend_current_node(map, current);
        if (neighbors == null || neighbors.isEmpty()) return;

        for (NavigateNode next : neighbors) {
            // 防爆：条数限制
            if (maxPaths > 0 && pathCount.get() >= maxPaths) return;

            if (next == null) continue;
            if (next.getValue() == MapNodeType.DISABLE.id) continue;

            String nk = keyOf(next);

            // 简单路径：不允许重复节点
            if (visited.contains(nk)) continue;

            // 你的代价规则：每步 1 + 拐点惩罚
            int stepCost = 1 + calcNodeExtraCost(current, next, end);
            int newCost = cost + stepCost;

            // 防爆：总代价限制
            if (maxCost > 0 && newCost > maxCost) continue;

            // 进入
            visited.add(nk);
            path.addLast(next);

            dfsAllSimplePaths(map, next, end,
                    visited, path, results,
                    depth + 1,
                    newCost,
                    maxDepth, maxPaths, maxCost,
                    pathCount
            );

            // 回溯
            path.removeLast();
            visited.remove(nk);
        }
    }

    private String keyOf(NavigateNode n) {
        return n.getX() + "_" + n.getY();
    }

    public ArrayList<NavigateNode> extend_current_node(List<List<NavigateNode>> map, NavigateNode current_node) {
        //获取当前结点的x, y
        int x = current_node.getX();
        int y = current_node.getY();
        //如果当前结点的邻结点合法，就加入到neighbour_node
        ArrayList<NavigateNode> neighbour_node = new ArrayList<NavigateNode>();
//        if (map[x][y] == 0 || map[x][y] == 3) {
//            //只有子轨和母轨才能进行左右移动
//            if (is_valid(x, y + 1))
//            {
//                Node node = new Node(x, y + 1);
//                neighbour_node.add(node);
//            }
//            if (is_valid(x, y - 1))
//            {
//                Node node = new Node(x, y - 1);
//                neighbour_node.add(node);
//            }
//        }
//
//        if (map[x][y] == 3) {
//            //只有母轨才能进行上下移动
//            if (is_valid(x + 1, y))
//            {
//                Node node = new Node(x + 1, y);
//                neighbour_node.add(node);
//            }
//            if (is_valid(x - 1, y))
//            {
//                Node node = new Node(x -1, y);
//                neighbour_node.add(node);
//            }
//        }

        if (mapDirection.equals("x")) {//母轨x方向
            if (map[x][y] == MapNodeType.MAIN_PATH.id) {
                //母轨才能进行上下移动
                if (is_valid(x + 1, y))
                {
                    NavigateNode node = new NavigateNode(x + 1, y);
                    neighbour_node.add(node);
                }
                if (is_valid(x - 1, y))
                {
                    NavigateNode node = new NavigateNode(x -1, y);
                    neighbour_node.add(node);
                }
            }
        if(current_node.getValue() == MapNodeType.DISABLE.id) {
            return neighbour_node;
        }

            if (map[x][y] == MapNodeType.NORMAL_PATH.id || map[x][y] == MapNodeType.MAIN_PATH.id || map[x][y] == MapNodeType.CONVEYOR_CAR_GO.id || map[x][y] == MapNodeType.CHARGE.id || map[x][y] == MapNodeType.LIFT.id) {
                //子轨和母轨、小车可走输送线、充电桩、提升机才能进行左右移动
                if (is_valid(x, y + 1))
                {
                    NavigateNode node = new NavigateNode(x, y + 1);
                    neighbour_node.add(node);
                }
                if (is_valid(x, y - 1))
                {
                    NavigateNode node = new NavigateNode(x, y - 1);
                    neighbour_node.add(node);
                }
            }
        }else if (mapDirection.equals("y")) {//母轨y方向
            if (map[x][y] == MapNodeType.MAIN_PATH.id) {
                //母轨才能进行左右移动
                if (is_valid(x, y + 1))
                {
                    NavigateNode node = new NavigateNode(x, y + 1);
                    neighbour_node.add(node);
                }
                if (is_valid(x, y - 1))
                {
                    NavigateNode node = new NavigateNode(x, y - 1);
                    neighbour_node.add(node);
                }
            }
        List<String> directionList = current_node.getDirectionList();
        if(directionList == null || directionList.size() == 0) {
            return neighbour_node;
        }

            if (map[x][y] == MapNodeType.NORMAL_PATH.id || map[x][y] == MapNodeType.MAIN_PATH.id || map[x][y] == MapNodeType.CONVEYOR_CAR_GO.id || map[x][y] == MapNodeType.CHARGE.id || map[x][y] == MapNodeType.LIFT.id) {
                //子轨和母轨、小车可走输送线、充电桩、提升机才能进行上下移动
                if (is_valid(x + 1, y))
                {
                    NavigateNode node = new NavigateNode(x + 1, y);
        for(String direction : directionList) {
            if(direction.equals("top")) {
                NavigateNode node = getValidNavigateNode(map, x - 1, y);
                if(node != null) {
                    neighbour_node.add(node);
                }
                if (is_valid(x - 1, y))
                {
                    NavigateNode node = new NavigateNode(x -1, y);
            }else if(direction.equals("bottom")) {
                NavigateNode node = getValidNavigateNode(map, x + 1, y);
                if(node != null) {
                    neighbour_node.add(node);
                }
            }else if(direction.equals("left")) {
                NavigateNode node = getValidNavigateNode(map, x, y - 1);
                if(node != null) {
                    neighbour_node.add(node);
                }
            }else if(direction.equals("right")) {
                NavigateNode node = getValidNavigateNode(map, x, y + 1);
                if(node != null) {
                    neighbour_node.add(node);
                }
            }
@@ -251,35 +311,48 @@
        return neighbour_node;
    }

    public boolean is_valid(int x, int y) {
        if (x < 0 || x >= this.map.length
                || y < 0 || y >= this.map[0].length) {
            return false;
        }
        // 如果结点的位置小于0，则不合法
        if (map[x][y] < 0) {
            return false;
    public NavigateNode getValidNavigateNode(List<List<NavigateNode>> map, int x, int y) {
        if (x < 0 || x >= map.size()
                || y < 0 || y >= map.get(0).size()) {
            return null;
        }

        if (map[x][y] == MapNodeType.CAR.id) {//节点是小车
            return false;
        NavigateNode node = map.get(x).get(y);
        if(node.getValue() == MapNodeType.DISABLE.id) {
            return null;
        }
        NavigateNode navigateNode = new NavigateNode(x, y);
        if (is_exist(navigateNode)) {
            return false;
        }
        //以上情况都没有则合法
        return true;

        return node;
    }

    public boolean is_exist(NavigateNode node)
    {
        for (NavigateNode exist_node : Exist) {
            if (node.getX() == exist_node.getX() && node.getY() == exist_node.getY()) {
                return true;
    public NavigateNode findStationNavigateNode(List<List<NavigateNode>> map, int stationId) {
        for(int x = 0; x < map.size(); x++) {
            for(int y = 0; y < map.get(0).size(); y++) {
                NavigateNode node = map.get(x).get(y);
                if("devp".equals(node.getNodeType())) {
                    JSONObject valueObj = JSON.parseObject(node.getNodeValue());
                    if(valueObj.getInteger("stationId") == stationId) {
                        return node;
                    }
                }
            }
        }
        return false;
        return null;
    }

    public NavigateNode findTrackSiteNoNavigateNode(List<List<NavigateNode>> map, int trackSiteNo) {
        for(int x = 0; x < map.size(); x++) {
            for(int y = 0; y < map.get(0).size(); y++) {
                NavigateNode node = map.get(x).get(y);
                if("rgv".equals(node.getNodeType())) {
                    JSONObject valueObj = JSON.parseObject(node.getNodeValue());
                    if(valueObj.getInteger("trackSiteNo") == trackSiteNo) {
                        return node;
                    }
                }
            }
        }
        return null;
    }

    //------------------A*启发函数------------------//
@@ -294,12 +367,12 @@
        // 第一个点或直线点
        if (currNode.getFather() == null || nextNode.getX() == currNode.getFather().getX()
                || nextNode.getY() == currNode.getFather().getY()) {
            return 1;
            return 0;
        }

        // 拐向终点的点
        if (nextNode.getX() == endNode.getX() || nextNode.getY() == endNode.getY()) {
            return 2;
            return 1;
        }

        // 普通拐点
@@ -308,9 +381,9 @@
        拿到父节点和下一节点
        通过判断父节点和下一节点的x数据和y数据都不相同时，则表明当前坐标是一个拐点
         */
        return 3;
        return 1;
    }

    //------------------A*启发函数-end------------------//

}
}