JavaScript路径规划可视化系统：A*算法与TSP问题解决方案

路径规划可视化系统和算法说明

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这是一个基于 javascript 的路径规划可视化系统，支持交互式地创建、编辑和规划路径。系统实现了 A* 算法用于最短路径搜索，并使用改进的近似算法解决旅行商问题(TSP)。

功能特点

• 📍 交互式点位管理

  • 可视化添加、移动和删除路径点
  • 动态连接点位并自动计算距离
  • 支持拖拽调整点位位置

• 🛣️ 智能路径规划

  • 基于 A* 算法的最短路径搜索
  • 改进的 TSP 问题解决方案
  • 3-opt 优化算法提升路径质量

• 💡 用户友好界面

  • 清晰的路径可视化展示
  • 实时距离计算和显示
  • 支持选择必经点和起终点
  • 导出路径数据功能

使用方法

1. 打开系统

   • 使用现代浏览器打开 index.html 文件

2. 基本操作

   • 移动模式：选择并拖拽已有点位
   • 添加点位：点击”添加点”按钮，然后在画布上点击添加新点位
   • 添加连接：点击”添加连接”按钮，然后依次选择两个点位建立连接
   • 删除：点击”删除”按钮，然后点击要删除的点位或连接

3. 路径规划

   • 在控制面板中选择必经点
   • 指定起终点
   • 点击”计算路径”按钮获取最优路径

4. 数据导出

   • 点击”导出数据”按钮
   • 复制生成的预置数据代码

技术实现

• 前端：原生 JavaScript + HTML5 Canvas
• 算法：
  • A* 算法用于最短路径搜索
  • 改进的最近邻算法解决 TSP 问题
  • 3-opt 局部搜索优化

route.js 使用说明

route.js 提供了路径规划的核心功能，主要通过 PathPlanner 类实现：

// 创建规划器实例
const planner = new PathPlanner(points, connections);

// 参数说明
points = ["A", "B", "C"]; // 点位数组，每个元素为点位的唯一标识符
connections = [
  {
    robotPatrolPointA: "A", // 连接的起点
    robotPatrolPointB: "B", // 连接的终点
    distance: 10, // 两点间的距离
  },
];

// 计算最优路径
const result = planner.planRoute(
  requiredPoints, // 必经点数组，如 ['B', 'C']
  fixedStartEnd // 起终点，如 'A'
);

// 返回结果格式
result = {
  path: ["A", "B", "C", "A"], // 完整路径
  totalDistance: 30, // 总距离
  startEnd: "A", // 起终点
};

主要功能：

1. 路径搜索

   • 使用 A* 算法计算任意两点间的最短路径
   • 自动缓存计算结果提升性能
   • 支持启发式函数优化搜索效率

2. TSP 求解

   • 使用改进的最近邻算法构造初始解
   • 支持必经点约束
   • 通过多次随机起点优化结果质量

3. 路径优化

   • 实现 3-opt 局部搜索
   • 自动优化路径顺序
   • 保证起终点约束

算法适用性说明

本系统的路径规划算法具有以下特点：

1. 起终点处理

   • 支持指定固定的起终点
   • 起点和终点必须为同一个点
   • 规划路径将从起点出发并最终返回该点

2. 路径特性

   • 允许重复经过同一个点
   • 允许重复使用同一条连接
   • 优先选择总距离最短的路径方案

3. 约束条件

   • 必经点：可以选择多个必经点，算法保证会经过所有选中的点
   • 连接限制：只能通过已建立连接的路径进行移动
   • 距离计算：基于点位间实际连接的距离，而非直线距离

4. 优化目标

   • 主要优化目标是最小化总路径长度
   • 在满足必经点要求的前提下寻找近似最优解
   • 通过 3-opt 优化提升路径质量

系统要求

• 现代浏览器（Chrome、Firefox、Safari、Edge 等）
• 支持 HTML5 Canvas
• JavaScript 启用

注意事项

• 建议在点位数量适中的情况下使用，过多点位可能影响性能
• 路径规划结果为近似最优解，不保证全局最优
• 拖拽点位时会自动更新相关连接的距离