Robocode 高手的秘訣：因數(shù)避墻法

2019-11-18 13:08:51

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供稿：網(wǎng)友

　　設(shè)計(jì)出一種算法，使您的機(jī)器人不會(huì)被困在角落里或者過多的偏離想要的移動(dòng)方向，而且不會(huì)靠近墻，這是件很困難的事。因數(shù)避墻法是一種簡單的解決辦法。在這篇小技巧中，David McCoy 將向您展示如何實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)方便的技術(shù)。
　　
　　我們只要對(duì)在 Tracking your opponents' movement 中做的機(jī)器人加以補(bǔ)充，就能將因數(shù)避墻法添加到現(xiàn)有的或討厭的移動(dòng)算法中。這種方法將預(yù)想的方向和根據(jù)機(jī)器人和墻之間距離遠(yuǎn)近確定的安全方向作為因數(shù)試圖找到最可能的方向。
　　
　　添加做常見數(shù)學(xué)計(jì)算的輔助方法
　　我們先要給機(jī)器人添加常見數(shù)學(xué)算法使用的一些輔助方法。
　　
　　calculateBearingToXYRadians() 方法使用 java.lang.Math 中的 atan2() 方法來計(jì)算從 sourceX,sourceY 到 targetX,targetY 的絕對(duì)方位，然后再把這個(gè)值轉(zhuǎn)化為相對(duì)于 sourceHeading 的相對(duì)方位。
　　
　　我們還需要 normalizeAbsoluteAngleRadians() 方法和 normalizeRelativeAngleRadians() 方法。
　　
　　清單 1. 數(shù)學(xué)輔助方法
　　PRivate static final double DOUBLE_PI = (Math.PI * 2);
　　private static final double HALF_PI = (Math.PI / 2);
　　
　　public double calculateBearingToXYRadians(double sourceX, double sourceY,
　　double sourceHeading, double targetX, double targetY) {
　　return normalizeRelativeAngleRadians(
　　Math.atan2((targetX - sourceX), (targetY - sourceY)) -
　　sourceHeading);
　　}
　　
　　public double normalizeAbsoluteAngleRadians(double angle) {
　　if (angle < 0) {
　　return (DOUBLE_PI + (angle % DOUBLE_PI));
　　} else {
　　return (angle % DOUBLE_PI);
　　}
　　}
　　
　　public static double normalizeRelativeAngleRadians(double angle) {
　　double trimmedAngle = (angle % DOUBLE_PI);
　　if (trimmedAngle > Math.PI) {
　　return -(Math.PI - (trimmedAngle % Math.PI));
　　} else if (trimmedAngle < -Math.PI) {
　　return (Math.PI + (trimmedAngle % Math.PI));
　　} else {
　　return trimmedAngle;
　　}
　　}
　　
　　使 AdvancedRobot 擴(kuò)展到有倒行功能
　　接著，為了以相反方向?qū)Ш剑覀冃枰靡恍┹o助方法把 AdvancedRobot 類的功能擴(kuò)展到答應(yīng)倒行操作：
　　
　　getRelativeHeading() 方法將應(yīng)付正確計(jì)算相對(duì)于機(jī)器人當(dāng)前的方向的相對(duì)方向產(chǎn)生的額外開銷。
　　
　　reverseDirection() 非常簡單。它負(fù)責(zé) direction 實(shí)例變量的開關(guān)和使機(jī)器人掉頭。請(qǐng)注重，由于減速需要時(shí)間，依據(jù)機(jī)器人的速度，在掉過頭來之前最多會(huì)沿原來的方向再走 4 格。
　　
　　setAhead() 和 setBack() 方法將覆蓋 AdvancedRobot 類中的同名方法。這兩個(gè)方法會(huì)設(shè)置機(jī)器人對(duì)于目前方向的相對(duì)速度，必要的時(shí)候，還會(huì)調(diào)整 direction 實(shí)例變量。我們這么做的目的是要確保相對(duì)操作都與機(jī)器人當(dāng)前的移動(dòng)方向有關(guān)。
　　
　　setTurnLeftRadiansOptimal() 和 setTurnRightRadiansOptimal() 方法使機(jī)器人的方向轉(zhuǎn)過的角度超過 (Math.PI / 2)。您會(huì)希望這個(gè)方法和 adjustHeadingForWalls 方法（我們將在后面討論）一起使用。
　　
　　注：我沒有使用 getter 和 setter 方法，而是直接存取 direction 實(shí)例變量。盡管通常這并非良好的編程習(xí)慣，但為了加快數(shù)據(jù)存取，在我的機(jī)器人代碼中我一直都是直接存取的。
　　
　　清單 2. 機(jī)器人輔助方法
　　public double getRelativeHeadingRadians() {
　　double relativeHeading = getHeadingRadians();
　　if (direction < 1) {
　　relativeHeading =
　　normalizeAbsoluteAngleRadians(relativeHeading + Math.PI);
　　}
　　return relativeHeading;
　　}
　　
　　public void reverseDirection() {
　　double distance = (getDistanceRemaining() * direction);
　　direction *= -1;
　　setAhead(distance);
　　}
　　
　　public void setAhead(double distance) {
　　double relativeDistance = (distance * direction);
　　super.setAhead(relativeDistance);
　　if (distance < 0) {
　　direction *= -1;
　　}
　　}
　　
　　public void setBack(double distance) {
　　double relativeDistance = (distance * direction);
　　super.setBack(relativeDistance);
　　if (distance > 0) {
　　direction *= -1;
　　}
　　}
　　
　　public void setTurnLeftRadiansOptimal(double angle) {
　　double turn = normalizeRelativeAngleRadians(angle);
　　if (Math.abs(turn) > HALF_PI) {
　　reverseDirection();
　　if (turn < 0) {
　　turn = (HALF_PI + (turn % HALF_PI));
　　} else if (turn > 0) {
　　turn = -(HALF_PI - (turn % HALF_PI));
　　}
　　}
　　setTurnLeftRadians(turn);
　　}
　　
　　public void setTurnRightRadiansOptimal(double angle) {
　　double turn = normalizeRelativeAngleRadians(angle);
　　if (Math.abs(turn) > HALF_PI) {
　　reverseDirection();
　　if (turn < 0) {
　　turn = (HALF_PI + (turn % HALF_PI));
　　} else if (turn > 0) {
　　turn = -(HALF_PI - (turn % HALF_PI));
　　}
　　}
　　setTurnRightRadians(turn);
　　}
　　
　　添加因數(shù)避墻法
　　我們需要添加的最后一個(gè)方法是 adjustHeadingForWalls() 方法。
　　
　　這個(gè)方法的前面一半根據(jù)機(jī)器人和墻的靠近程度選擇安全的 x 和 y 的位置（機(jī)器人當(dāng)前的 x 或 y 位置，或者假如機(jī)器人靠近墻，則就是中心點(diǎn)）。方法的后面一半則計(jì)算距離“安全點(diǎn)”的方位，并把這個(gè)方位和依機(jī)器人離墻遠(yuǎn)近得到的預(yù)想方向都作為因數(shù)考慮在內(nèi)。
　　
　　可以使用 WALL_AVOID_INTERVAL 和 WALL_AVOID_FACTORS 常量來調(diào)整機(jī)器人對(duì)墻的擔(dān)憂程度。
　　
　　清單 3. 避墻法方法
　　private static final double WALL_AVOID_INTERVAL = 10;
　　private static final double WALL_AVOID_FACTORS = 20;
　　private static final double WALL_AVOID_DISTANCE =
　　(WALL_AVOID_INTERVAL * WALL_AVOID_FACTORS);
　　
　　private double adjustHeadingForWalls(double heading) {
　　double fieldHeight = getBattleFieldHeight();
　　double fieldWidth = getBattleFieldWidth();
　　double centerX = (fieldWidth / 2);
　　double centerY = (fieldHeight / 2);
　　double currentHeading = getRelativeHeadingRadians();
　　double x = getX();
　　double y = getY();
　　boolean nearWall = false;
　　double desiredX;
　　double desiredY;
　　
　　// If we are too close to a wall, calculate a course toward
　　// the center of the battlefield.
　　if ((y < WALL_AVOID_DISTANCE)
　　((fieldHeight - y) < WALL_AVOID_DISTANCE)) {
　　desiredY = centerY;
　　nearWall = true;
　　} else {
　　desiredY = y;
　　}
　　if ((x < WALL_AVOID_DISTANCE)
　　((fieldWidth - x) < WALL_AVOID_DISTANCE)) {
　　desiredX = centerX;
　　nearWall = true;
　　} else {
　　desiredX = x;
　　}
　　
　　// Determine the safe heading and factor it in with the desired
　　// heading if the bot is near a wall
　　if (nearWall) {
　　double desiredBearing =
　　calculateBearingToXYRadians(x,
　　y,
　　currentHeading,
　　desiredX,
　　desiredY);
　　double distanceToWall = Math.min(
　　Math.min(x, (fieldWidth - x)),
　　Math.min(y, (fieldHeight - y)));
　　int wallFactor =
　　(int)Math.min((distanceToWall / WALL_AVOID_INTERVAL),
　　WALL_AVOID_FACTORS);
　　return ((((WALL_AVOID_FACTORS - wallFactor) * desiredBearing) +
　　(wallFactor * heading)) / WALL_AVOID_FACTORS);
　　} else {
　　return heading;
　　}
　　}
　　
　　匯總
　　其余的工作很輕易。我們可以使用目前的導(dǎo)航算法，將得出的結(jié)果送入 adjustHeadingForWalls() 方法來避開墻。
　　
　　為了保持簡單，示例機(jī)器人（請(qǐng)參閱參考資料下載添加這一技術(shù)所需的源代碼）要求方向改變?yōu)榱悖瑥亩囍刂本€移動(dòng)。
　　
　　清單 4. 避墻法方法
　　public void run() {
　　while(true) {
　　setTurnRightRadiansOptimal(adjustHeadingForWalls(0));
　　setAhead(100);
　　execute();
　　}
　　}
　　
　　關(guān)于它就是這樣了。簡單，但有效。

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