JP2003233768A - 複数経路探索のためのデュアルダイキストラ法 - Google Patents
複数経路探索のためのデュアルダイキストラ法Info
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- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】経路探索の問題において、最適経路のみではな
く複数の経路を同時に求めることができ、また、その際
最適経路の近傍ばかり求まるのを回避し多様な解を求め
ることができる複数経路探索におけるデュアルダイキス
トラ法を提供する。 【解決手段】始点から終点への経路を求めるにあたり、
始点からダイキストラ法により全節点までの最短コスト
を求め、終点からもダイキストラ法により全節点までの
最短コストを求め、それらを足し合わせることで、すべ
ての節点にその点を経由点とした始点と終点を結ぶ最短
経路のコストを格納するか、あるいは、すべての節点に
ついてその点を経由点とした始点と終点を結ぶ最短経路
を求める。
く複数の経路を同時に求めることができ、また、その際
最適経路の近傍ばかり求まるのを回避し多様な解を求め
ることができる複数経路探索におけるデュアルダイキス
トラ法を提供する。 【解決手段】始点から終点への経路を求めるにあたり、
始点からダイキストラ法により全節点までの最短コスト
を求め、終点からもダイキストラ法により全節点までの
最短コストを求め、それらを足し合わせることで、すべ
ての節点にその点を経由点とした始点と終点を結ぶ最短
経路のコストを格納するか、あるいは、すべての節点に
ついてその点を経由点とした始点と終点を結ぶ最短経路
を求める。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータグラ
フィックス、ロボティックスなどの分野における様々な
動作計画問題やナビゲーションシステムなどに関して複
数の解を同時かつ高速に求めるために好適な複数経路探
索のためのデュアルダイキストラ法に関するものであ
る。
フィックス、ロボティックスなどの分野における様々な
動作計画問題やナビゲーションシステムなどに関して複
数の解を同時かつ高速に求めるために好適な複数経路探
索のためのデュアルダイキストラ法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】一般に経路探索問題では、初期地点から
目標地点までの最適な経路を求める。しかし最適な解で
はなく、複数の解を求めたい場合も存在する。複数の経
路を求めるような問題も一般に1〜K最短パス問題とし
て研究されているが、これらは図7に示すように最適な
経路を求め、その近傍を順次探索し、2番目3番目の経
路を求めていくといったものであり、以下のような問題
点が挙げられている。
目標地点までの最適な経路を求める。しかし最適な解で
はなく、複数の解を求めたい場合も存在する。複数の経
路を求めるような問題も一般に1〜K最短パス問題とし
て研究されているが、これらは図7に示すように最適な
経路を求め、その近傍を順次探索し、2番目3番目の経
路を求めていくといったものであり、以下のような問題
点が挙げられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】(1)繰り返し計算な
ので最適経路のみを求めるときに比べて計算時間が多く
かかる。 (2)最適経路の近傍の経路から順次求まり、似たよう
な経路がほしくないときにはKを大きくしなければなら
ない。
ので最適経路のみを求めるときに比べて計算時間が多く
かかる。 (2)最適経路の近傍の経路から順次求まり、似たよう
な経路がほしくないときにはKを大きくしなければなら
ない。
【0004】多くの問題において、似たような経路だけ
ではなく異なる経路が要求される。ここで、「異なる」
とは、図8に示される経路のように連続的に遷移できな
い、すなわち、トポロジが異なるということである。こ
のようなトポロジの異なる経路がほしい時、従来のアル
ゴリズムでは上述の問題点から非常に多くの計算が必要
とされる。
ではなく異なる経路が要求される。ここで、「異なる」
とは、図8に示される経路のように連続的に遷移できな
い、すなわち、トポロジが異なるということである。こ
のようなトポロジの異なる経路がほしい時、従来のアル
ゴリズムでは上述の問題点から非常に多くの計算が必要
とされる。
【0005】本発明の目的は、経路探索の問題におい
て、最適経路のみではなく複数の経路を同時に求めるこ
とができ、また、その際最適経路の近傍ばかり求まるの
を回避し多様な解を求めることができる複数経路探索に
おけるデュアルダイキストラ法を提供しようとするもの
である。
て、最適経路のみではなく複数の経路を同時に求めるこ
とができ、また、その際最適経路の近傍ばかり求まるの
を回避し多様な解を求めることができる複数経路探索に
おけるデュアルダイキストラ法を提供しようとするもの
である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の複数経路探索の
ためのデュアルダイキストラ法の第1発明は、始点から
終点への経路を求めるにあたり、始点からダイキストラ
法により全節点までの最短コストを求め、終点からもダ
イキストラ法により全節点までの最短コストを求め、そ
れらを足し合わせることで、すべての節点にその点を経
由点とした始点と終点を結ぶ最短経路のコストを格納す
ることを特徴とするものである。
ためのデュアルダイキストラ法の第1発明は、始点から
終点への経路を求めるにあたり、始点からダイキストラ
法により全節点までの最短コストを求め、終点からもダ
イキストラ法により全節点までの最短コストを求め、そ
れらを足し合わせることで、すべての節点にその点を経
由点とした始点と終点を結ぶ最短経路のコストを格納す
ることを特徴とするものである。
【0007】また、本発明の複数経路探索のためデュア
ルダイキストラ法の第2発明は、始点から終点へ経路を
求めるにあたり、始点からダイキストラ法により全節点
までの最短経路を求め、終点からもダイキストラ法によ
り全節点までの最短経路を求め、それらを足し合わせる
ことで、すべての節点についてその点を経由点とした始
点と終点を結ぶ最短経路を求めることを特徴とするもの
である。
ルダイキストラ法の第2発明は、始点から終点へ経路を
求めるにあたり、始点からダイキストラ法により全節点
までの最短経路を求め、終点からもダイキストラ法によ
り全節点までの最短経路を求め、それらを足し合わせる
ことで、すべての節点についてその点を経由点とした始
点と終点を結ぶ最短経路を求めることを特徴とするもの
である。
【0008】本発明では、始点からダイキストラ法によ
り全節点までの最短コストを求め、終点からもダイキス
トラ法により全節点までの最短コストを求め、それらを
足し合わせることで、すべての節点にその点を経由点と
した始点と終点を結ぶ最短経路のコストを格納するか、
あるいは、すべての節点についてその点を経由点とした
始点と終点を結ぶ最短経路を求めることで、最適な経路
を求めるのとほぼ同じ計算時間で複数の経路を探索する
ことができる。その結果、本発明をロボットやCGキャ
ラクターの動作計画やナビゲーションシステムなどにに
用いることで、ロボットやCGキャラクターの多様な動
作の候補を高速に探索することができる。
り全節点までの最短コストを求め、終点からもダイキス
トラ法により全節点までの最短コストを求め、それらを
足し合わせることで、すべての節点にその点を経由点と
した始点と終点を結ぶ最短経路のコストを格納するか、
あるいは、すべての節点についてその点を経由点とした
始点と終点を結ぶ最短経路を求めることで、最適な経路
を求めるのとほぼ同じ計算時間で複数の経路を探索する
ことができる。その結果、本発明をロボットやCGキャ
ラクターの動作計画やナビゲーションシステムなどにに
用いることで、ロボットやCGキャラクターの多様な動
作の候補を高速に探索することができる。
【0009】本発明の好適な具体例としては、1つの経
由点を持つ経路とそのコストの集合を用いてトポロジの
異なる局所的に最適な複数の経路を求めること、及び、
2回のダイキストラ法によるコスト計算、または、2回
のダイキストラ法によるコスト計算およびトポロジの異
なる経路の探索を並列的に処理すること、がある。いず
れの場合も、より複数経路探索を高速に実行することが
できるため、好ましい。
由点を持つ経路とそのコストの集合を用いてトポロジの
異なる局所的に最適な複数の経路を求めること、及び、
2回のダイキストラ法によるコスト計算、または、2回
のダイキストラ法によるコスト計算およびトポロジの異
なる経路の探索を並列的に処理すること、がある。いず
れの場合も、より複数経路探索を高速に実行することが
できるため、好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明のデュアルダイキストラ法
のアルゴリズムを説明するにあたって、まず、一般的な
最短経路探索手法であるダイキストラ法のアルゴリズム
について述べる。ダイキストラ法は、グラフの節点から
他の全ての節点までの最短経路を求めることができるア
ルゴリズムである。グラフ上の各節点への最短路を始点
から1つずつ確定し、徐々に範囲を拡げていき最終的に
すべての節点への最短路を求めていくという手法であ
る。具体的には以下のような手順となる。
のアルゴリズムを説明するにあたって、まず、一般的な
最短経路探索手法であるダイキストラ法のアルゴリズム
について述べる。ダイキストラ法は、グラフの節点から
他の全ての節点までの最短経路を求めることができるア
ルゴリズムである。グラフ上の各節点への最短路を始点
から1つずつ確定し、徐々に範囲を拡げていき最終的に
すべての節点への最短路を求めていくという手法であ
る。具体的には以下のような手順となる。
【0011】(1)図1(a)のように始点のコストを
零と設定する。 (2)図1(b)のように連結する節点のコストを計算
する。 (3)コストが計算された節点のリストを作成する。始
点はリストからはずす。 (4)図1(c)のように、リストの中で最もコストが
低い節点を選びその節点に連結する節点のコストを計算
する。ここで、 1.新しくコストを計算した節点はリストに追加する。 2.同じ節点へのコストが複数回計算された場合低いほ
うのコストをリストに登録しなおす。 (5)連結する節点のコストの計算を行ったらその節点
はリストからはずし、その節点コストは確定する。 (6)ステップ(3)、(4)を繰り返し行いリストが
空になればすべての節点のコストが確定されたことにな
るので終了する。
零と設定する。 (2)図1(b)のように連結する節点のコストを計算
する。 (3)コストが計算された節点のリストを作成する。始
点はリストからはずす。 (4)図1(c)のように、リストの中で最もコストが
低い節点を選びその節点に連結する節点のコストを計算
する。ここで、 1.新しくコストを計算した節点はリストに追加する。 2.同じ節点へのコストが複数回計算された場合低いほ
うのコストをリストに登録しなおす。 (5)連結する節点のコストの計算を行ったらその節点
はリストからはずし、その節点コストは確定する。 (6)ステップ(3)、(4)を繰り返し行いリストが
空になればすべての節点のコストが確定されたことにな
るので終了する。
【0012】このようにダイキストラ法を用いると各節
点には始点までの最短コストが求められる。また、ステ
ップ(4)においてコストを確定する際に各節点に1つ
前の節点の場所を記憶しておけば、図2のように節点を
順にたどっていくことで最短経路が求められる。ダイキ
ストラ法は初期地点から最終地点までの最短経路を求め
る際には有効であるが、2点を結ぶ複数の経路を求める
ことはできない。
点には始点までの最短コストが求められる。また、ステ
ップ(4)においてコストを確定する際に各節点に1つ
前の節点の場所を記憶しておけば、図2のように節点を
順にたどっていくことで最短経路が求められる。ダイキ
ストラ法は初期地点から最終地点までの最短経路を求め
る際には有効であるが、2点を結ぶ複数の経路を求める
ことはできない。
【0013】デュアルダイキストラ法は、大きく分けて
2つのステップに分けられる。第1のステップとして、
まず、ダイキストラ法を2回用いて始点からある点を経
由して終点まで至る経路のコストをすべての経由点につ
いて求める。第2のステップとして、得られた経路のう
ち異なるトポロジの経路を選び出す。以下順を追って説
明する。
2つのステップに分けられる。第1のステップとして、
まず、ダイキストラ法を2回用いて始点からある点を経
由して終点まで至る経路のコストをすべての経由点につ
いて求める。第2のステップとして、得られた経路のう
ち異なるトポロジの経路を選び出す。以下順を追って説
明する。
【0014】(1)図3のように始点からダイキストラ
法を行う。 (2)図4のように終点からもダイキストラ法を行う。 (3)全ての節点に格納された2回のダイキストラ法に
よるコストをそれぞれ足し合わせる。
法を行う。 (2)図4のように終点からもダイキストラ法を行う。 (3)全ての節点に格納された2回のダイキストラ法に
よるコストをそれぞれ足し合わせる。
【0015】以上の結果、1つの節点にはそれぞれ以下
の3つのものが求まる。 (1)始点から節点までの最短コストと、終点から節点
までの最短コスト、つまり図5のように始点からその節
点を経由して終点まで至る線路の最短コストである。 (2)節点と始点を結ぶ線路における、自分より1つ前
の節点の場所。つまり図6でいう(a)。 (3)節点と終点を結ぶ線路における、自分より1つ前
の節点の場所。つまり、図6でいう(b)。
の3つのものが求まる。 (1)始点から節点までの最短コストと、終点から節点
までの最短コスト、つまり図5のように始点からその節
点を経由して終点まで至る線路の最短コストである。 (2)節点と始点を結ぶ線路における、自分より1つ前
の節点の場所。つまり図6でいう(a)。 (3)節点と終点を結ぶ線路における、自分より1つ前
の節点の場所。つまり、図6でいう(b)。
【0016】始点方向と終点方向両方に向かって図8の
ように線路をたどっていけば1点を経由する最短経路を
求めることができる。これらの情報はすべての節点に格
納されているので1点を経由する最短経路は最高で節点
の数だけ得ることができる。
ように線路をたどっていけば1点を経由する最短経路を
求めることができる。これらの情報はすべての節点に格
納されているので1点を経由する最短経路は最高で節点
の数だけ得ることができる。
【0017】以下、ステップ(1)で得られた節点の数
の経路とそのコストのセットを用いてトポロジの異なる
局所最適経路を求める。トポロジの異なる経路とは連続
的に遷移することができない経路であると先に述べた。
連続的に遷移することができないのであれば、互いに隣
り合うことがない点が必ず存在する。このことを利用し
て以下のような手順を用いる。
の経路とそのコストのセットを用いてトポロジの異なる
局所最適経路を求める。トポロジの異なる経路とは連続
的に遷移することができない経路であると先に述べた。
連続的に遷移することができないのであれば、互いに隣
り合うことがない点が必ず存在する。このことを利用し
て以下のような手順を用いる。
【0018】(1)最もコストが低い節点を選び、その
節点を経由点とする経路を描く。この経路は最適な経路
である。 (2)経路上の節点にすべて印をつける。 (3)次に低いコストを持つ節点を選び、その節点を経
由点とする経路を考える。ここで、 (ア)経路上のすべての点がすでに印がついた節点に隣
り合っていた場合、その経路は描かない。 (イ)1点でも印がつけられた節点とまったく隣り合わ
ない点があった場合、その経路を描く。この経路が異な
るトポロジの最適経路である。 (4)すべての節点に印がつけられるまで繰り返す。
節点を経由点とする経路を描く。この経路は最適な経路
である。 (2)経路上の節点にすべて印をつける。 (3)次に低いコストを持つ節点を選び、その節点を経
由点とする経路を考える。ここで、 (ア)経路上のすべての点がすでに印がついた節点に隣
り合っていた場合、その経路は描かない。 (イ)1点でも印がつけられた節点とまったく隣り合わ
ない点があった場合、その経路を描く。この経路が異な
るトポロジの最適経路である。 (4)すべての節点に印がつけられるまで繰り返す。
【0019】この方法は、まず、最短経路を中心に同じ
トポロジの領域を増やしていく。異なるトポロジの経路
が見つかったら、そこからまた別のトポロジの領域を増
やしていく。そして最終的に全空間をいくつかのトポロ
ジに分割している。以上のようにして同じトポロジの中
で最適な経路だけが描かれる。
トポロジの領域を増やしていく。異なるトポロジの経路
が見つかったら、そこからまた別のトポロジの領域を増
やしていく。そして最終的に全空間をいくつかのトポロ
ジに分割している。以上のようにして同じトポロジの中
で最適な経路だけが描かれる。
【0020】本発明のデュアルダイキストラ法に係るア
ルゴリズムは、処理を並列化することによって高速に計
算を行うことが可能である。2回行うダイキストラ法の
計算はそれぞれの処理が独立であるので並列に行うこと
ができる。また、トポロジの異なる経路を求める部分も
複数の経路を起点としてそれらの周辺のトポロジをチェ
ックすればよいので並列化が可能である。
ルゴリズムは、処理を並列化することによって高速に計
算を行うことが可能である。2回行うダイキストラ法の
計算はそれぞれの処理が独立であるので並列に行うこと
ができる。また、トポロジの異なる経路を求める部分も
複数の経路を起点としてそれらの周辺のトポロジをチェ
ックすればよいので並列化が可能である。
【0021】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の複数経路探索におけるデュアルダイキストラ法によれ
ば、最適な経路を求めるのとほぼ同じ計算時間で複数の
経路を探索することができる。これを利用して、ロボッ
トやCGキャラクターの多様な動作の候補を高速に探索
することができ、経路選択においいて、複数の選択肢を
与えることができる。
の複数経路探索におけるデュアルダイキストラ法によれ
ば、最適な経路を求めるのとほぼ同じ計算時間で複数の
経路を探索することができる。これを利用して、ロボッ
トやCGキャラクターの多様な動作の候補を高速に探索
することができ、経路選択においいて、複数の選択肢を
与えることができる。
【図1】一般的なグラフ探索法であるダイキストラ法の
手順を説明するための図である。
手順を説明するための図である。
【図2】ダイキストラ法において1つ前の接点の場所の
情報から最短経路を求める方法を説明するための図であ
る。
情報から最短経路を求める方法を説明するための図であ
る。
【図3】本発明のデュアルダイキストラ法において始点
から全節点への最短経路を説明するための図である。
から全節点への最短経路を説明するための図である。
【図4】本発明のデュアルダイキストラ法において終点
から全節点への最短経路を説明するための図である。
から全節点への最短経路を説明するための図である。
【図5】本発明のデュアルダイキストラ法において経由
点を持つ経路を説明するための図である。
点を持つ経路を説明するための図である。
【図6】本発明のデュアルダイキストラ法において1点
を経由して始点から終点まで至る最短経路を求める方法
を説明するための図である。
を経由して始点から終点まで至る最短経路を求める方法
を説明するための図である。
【図7】従来の1〜K最短パス問題を説明するための図
である。
である。
【図8】異なるトポロジの経路を説明するための図であ
る。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 始点から終点への経路を求めるにあた
り、始点からダイキストラ法により全節点までの最短コ
ストを求め、終点からもダイキストラ法により全節点ま
での最短コストを求め、それらを足し合わせることで、
すべての節点にその点を経由点とした始点と終点を結ぶ
最短経路のコストを格納することを特徴とする複数経路
探索のためのデュアルダイキストラ法。 - 【請求項2】 始点から終点へ経路を求めるにあたり、
始点からダイキストラ法により全節点までの最短経路を
求め、終点からもダイキストラ法により全節点までの最
短経路を求め、それらを足し合わせることで、すべての
節点についてその点を経由点とした始点と終点を結ぶ最
短経路を求めることを特徴とする複数経路探索のための
デュアルダイキストラ法。 - 【請求項3】 1つの経由点を持つ経路とそのコストの
集合を用いてトポロジの異なる局所的に最適な複数の経
路を求める請求項1または2記載の複数経路探索のため
のデュアルダイキストラ法。 - 【請求項4】 2回のダイキストラ法によるコスト計
算、または、2回のダイキストラ法によるコスト計算お
よびトポロジの異なる経路の探索を並列的に処理する請
求項1〜3のいずれか1項に記載の複数経路探索のため
のデュアルダイキストラ法。 - 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1項に記載の複
数経路探索のためのデュアルダイキストラ法を利用した
ことを特徴とする動作計画。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002034049A JP2003233768A (ja) | 2002-02-12 | 2002-02-12 | 複数経路探索のためのデュアルダイキストラ法 |
US10/359,700 US20030223373A1 (en) | 2002-02-12 | 2003-02-07 | Dual Dijkstra search for planning multipe paths |
CN03103821A CN1459744A (zh) | 2002-02-12 | 2003-02-12 | 用于计划多道路的双重dijkstra搜索 |
EP03250855A EP1335315A3 (en) | 2002-02-12 | 2003-02-12 | Dual Dijkstra search for planning multiple paths |
CA002418756A CA2418756A1 (en) | 2002-02-12 | 2003-02-12 | Dual dijkstra search for planning multiple paths |
KR10-2003-0008751A KR20030068442A (ko) | 2002-02-12 | 2003-02-12 | 복수 경로 탐색을 위한 듀얼 다이키스트라법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002034049A JP2003233768A (ja) | 2002-02-12 | 2002-02-12 | 複数経路探索のためのデュアルダイキストラ法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003233768A true JP2003233768A (ja) | 2003-08-22 |
Family
ID=27606565
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002034049A Pending JP2003233768A (ja) | 2002-02-12 | 2002-02-12 | 複数経路探索のためのデュアルダイキストラ法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20030223373A1 (ja) |
EP (1) | EP1335315A3 (ja) |
JP (1) | JP2003233768A (ja) |
KR (1) | KR20030068442A (ja) |
CN (1) | CN1459744A (ja) |
CA (1) | CA2418756A1 (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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