CBS基于冲突的搜索算法流程和核心

2024-05-09 21:09:01

1.conflict based search（CBS）基于冲突的搜索

CBS基于冲突的搜索是最优最先进的混合MAPF算法，比较主流且有较好效果。

由两层搜索过程组成，底层搜索为每个agent搜索出一条有效路径。上层搜索负责检查路径冲突，并选择其中代价最小的分支重新进行底层路径搜索，直到上层搜索发现有效路径为止。

针对多AGV路径规划，采用基于冲突的搜索算法CBS，将MAPF分为两层去求解，下层采用优化的基于曼哈顿距离的A*算法解决多个单AGV路径规划问题，算法的上层采用约束树结点解决多个 AGV 路径间的冲突问题。

2.流程

目标函数：总成本（sum of costs）：各个 agent 完成的时间步长之和

假设：将连续时间离散化为时间步长；每个时间步长执行一个动作；在每个时间步长里，每个 agent 只占据一个节点；

流程：

（1）下层使用A*算法求出多个单AGV路径规划。

（2）引入优先级队列 open list，将约束树根节点R放入open list，以R.cost为键值，R包含R.constraints（为空），R.solution（多个单AGV的路径规划集合），R.cost（解的成本）。

（3）open list取出成本最低的结点N，N.solution无冲突，则N.cost为所求解；否则，对第一个冲突处理，针对冲突的点，分裂为若干个子节点，继承当前结点的全部约束和解，并分别添加新的约束，更新路径和cost值。

（4）重复执行（3）操作，直到open list的成本最低节点N的解无冲突或求解失败

3.改进方案

CBS的改进：CBS的上层和下层都使用了A*，如果想让其运算更快，一个很常见的算法是用wA*。通过给h乘一个w，使得f更偏向于h的值，这样可以更快找到解，并且解在最坏情况下不超过w倍最优解。但是其表现会比CBS更差。这是因为在CBS中，h的值没有考虑中途可能包含的碰撞信息。

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