i23024/ProjektGraph
1
0
Fork 0
Code Issues Pull Requests Actions Packages Projects Releases Wiki Activity

Merge branch 'main' of https://gitea.hb.dhbw-stuttgart.de/i23024/ProjektGraph

Browse Source 
# Conflicts:
#	.idea/workspace.xml
#	graph/ExampleGraphs.java
This commit is contained in:
cmerkens 2024-07-08 18:54:37 +02:00
commit dc371da1f2
19 changed files with 243 additions and 224 deletions
Show Stats Download Patch File Download Diff File Expand all files Collapse all files

8
OurApplication/OurApplication.java
View File

@ -43,13 +43,7 @@ public class OurApplication {
*/ */
public static void main(String[]args){ public static void main(String[]args){
Random random = new Random();
DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> myGraph = new DirectedGraph<>(); DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> myGraph = new DirectedGraph<>();
ExampleGraphs temp = new ExampleGraphs();
//myGraph = temp.example2();
//sean: Ich wollte erst hier dann das ausgewählte Beispiel reinhauen, jedoch wird das hier nur einmal am Anfang aufgerufen
System.out.println(myGraph.toString()); System.out.println(myGraph.toString());
@ -73,7 +67,7 @@ public class OurApplication {
frame.pack(); frame.pack();
applet.init(); applet.init();
applet.start(); applet.start();
frame.setSize(1000,800); frame.setSize(1350,800);
frame.setVisible(true); frame.setVisible(true);
} }

62
graph/DirectedGraph.java
View File

@ -349,18 +349,18 @@ public class DirectedGraph<T extends VertexMarking, U extends EdgeMarking> exten
// Den nächsten Knoten, der am wenigsten kostet, besuchen // Den nächsten Knoten, der am wenigsten kostet, besuchen
WrapperElement<T> nextVertex = queue.poll(); WrapperElement<T> nextVertex = queue.poll();
// Knoten als besucht makieren // Falls Knoten schon besucht
visited.put(nextVertex.getElement(), true); if(!visited.get(nextVertex.getElement())){
// Knoten als besucht makieren
visited.put(nextVertex.getElement(), true);
// Logging textDescription = "Visit " + nextVertex.getElement().getName();
textDescription = "Visit " + nextVertex.getElement().getName(); // Logging
System.out.println(textDescription); System.out.println(textDescription);
if (nextVertex.getElement().getScreenVertex().getColor() != Color.RED) { if (nextVertex.getElement().getScreenVertex().getColor() != Color.RED) {
nextVertex.getElement().getScreenVertex().setColor(Color.BLUE); nextVertex.getElement().getScreenVertex().setColor(Color.BLUE);
}
this.logList.add(new OurLogElement(step, textDescription, 0, this.getScreenGraphCopy()));
} }
this.logList.add(new OurLogElement(step, textDescription, 0, this.getScreenGraphCopy()));
// Wenn Weg gefunden, brich ab // Wenn Weg gefunden, brich ab
if (nextVertex.getElement() == n2) { if (nextVertex.getElement() == n2) {
@ -445,7 +445,7 @@ public class DirectedGraph<T extends VertexMarking, U extends EdgeMarking> exten
* @param n2 the ending vertex * @param n2 the ending vertex
* @return the shortest distance from n1 to n2, or -1 if no path is found * @return the shortest distance from n1 to n2, or -1 if no path is found
*/ */
public int getShortestPathAStar(MarkedVertex<T> n1, MarkedVertex<T> n2) { public double getShortestPathAStar(MarkedVertex<T> n1, MarkedVertex<T> n2) {
// Erstellt Hashmap um Distanz von Startnoten zu jedem Knoten auf dem Graph zu tracken // Erstellt Hashmap um Distanz von Startnoten zu jedem Knoten auf dem Graph zu tracken
// Erstellt Hashmap um zu tracken welche Knoten schon besucht wurden // Erstellt Hashmap um zu tracken welche Knoten schon besucht wurden
@ -453,11 +453,11 @@ public class DirectedGraph<T extends VertexMarking, U extends EdgeMarking> exten
// Initialisierung aller Distanzen auf UNENDLICH (= -1) // Initialisierung aller Distanzen auf UNENDLICH (= -1)
// Initialisierung, dass kein Knoten besucht wurde // Initialisierung, dass kein Knoten besucht wurde
// Initialisierung aller Vorgänger auf null // Initialisierung aller Vorgänger auf null
HashMap<MarkedVertex<T>, Integer> distance = new HashMap<>(); HashMap<MarkedVertex<T>, Double> distance = new HashMap<>();
HashMap<MarkedVertex<T>, Boolean> visited = new HashMap<>(); HashMap<MarkedVertex<T>, Boolean> visited = new HashMap<>();
HashMap<MarkedVertex<T>, MarkedVertex<T>> predecessors = new HashMap<>(); HashMap<MarkedVertex<T>, MarkedVertex<T>> predecessors = new HashMap<>();
for (MarkedVertex<T> i: this.getAllVertexes()) { for (MarkedVertex<T> i: this.getAllVertexes()) {
distance.put(i, -1); distance.put(i, -1.0);
visited.put(i, false); visited.put(i, false);
predecessors.put(i, null); predecessors.put(i, null);
} }
@ -467,15 +467,15 @@ public class DirectedGraph<T extends VertexMarking, U extends EdgeMarking> exten
// Distanz zu Startknoten auf 0 // Distanz zu Startknoten auf 0
// Weg zu Startknoten in die Schlange aufnehmen // Weg zu Startknoten in die Schlange aufnehmen
distance.put(n1, 0); distance.put(n1, 0.0);
queue.add(new WrapperElement<>(n1, 0)); queue.add(new WrapperElement<>(n1, 0));
// Variable, die Distanz zwischen aktuellem Knoten und Nachfolger speichert // Variable, die Distanz zwischen aktuellem Knoten und Nachfolger speichert
int dist = 0; double dist = 0;
// Variable, die Distanz zwischen dem potenziell nächsten Knoten und dem Zielknoten speichert // Variable, die Distanz zwischen dem potenziell nächsten Knoten und dem Zielknoten speichert
int airDist = 0; double airDist = 0;
// Variable, die Distanz zwischen dem aktuellen Knoten bis zum Endknoten speichert // Variable, die Distanz zwischen dem aktuellen Knoten bis zum Endknoten speichert
int distToFinish = 0; double distToFinish = 0;
// Zähler für LogList // Zähler für LogList
int step = 0; int step = 0;
// String für den Description Inhalt // String für den Description Inhalt
@ -492,17 +492,19 @@ public class DirectedGraph<T extends VertexMarking, U extends EdgeMarking> exten
// Den nächsten Knoten, der am wenigsten kostet, besuchen // Den nächsten Knoten, der am wenigsten kostet, besuchen
WrapperElement<T> nextVertex = queue.poll(); WrapperElement<T> nextVertex = queue.poll();
// Knoten als besucht makieren
visited.put(nextVertex.getElement(), true);
// Falls Knoten schon besucht
// Logging if(!visited.get(nextVertex.getElement())){
textDescription = "Visit " + nextVertex.getElement().getName(); // Knoten als besucht makieren
System.out.println(textDescription); visited.put(nextVertex.getElement(), true);
if (nextVertex.getElement().getScreenVertex().getColor() != Color.RED) { textDescription = "Visit " + nextVertex.getElement().getName();
nextVertex.getElement().getScreenVertex().setColor(Color.BLUE); // Logging
System.out.println(textDescription);
if (nextVertex.getElement().getScreenVertex().getColor() != Color.RED) {
nextVertex.getElement().getScreenVertex().setColor(Color.BLUE);
}
this.logList.add(new OurLogElement(step, textDescription, 0, this.getScreenGraphCopy()));
} }
this.logList.add(new OurLogElement(step, textDescription, 0, this.getScreenGraphCopy()));
// Wenn Weg gefunden, brich ab // Wenn Weg gefunden, brich ab
if (nextVertex.getElement() == n2) { if (nextVertex.getElement() == n2) {
@ -531,8 +533,8 @@ public class DirectedGraph<T extends VertexMarking, U extends EdgeMarking> exten
if (j.getSource() == nextVertex.getElement() && j.getDestination() == i) { if (j.getSource() == nextVertex.getElement() && j.getDestination() == i) {
//Berechnung der Heuristik über die Luftdistanz des nächsten Knoten zum Zielknoten //Berechnung der Heuristik über die Luftdistanz des nächsten Knoten zum Zielknoten
airDist = (int) Math.sqrt(Math.pow((i.getCords()[0] - n2.getCords()[0]), 2) airDist = Math.sqrt(Math.pow((i.getCords()[0] - n2.getCords()[0]), 2)
+ Math.pow((i.getCords()[1] - n2.getCords()[1]), 2)); + Math.pow((i.getCords()[1] - n2.getCords()[1]), 2)) / 100;
// Berechne Distanz zu nächstem Knoten // Berechne Distanz zu nächstem Knoten
EdgeWeightMarking marking = (EdgeWeightMarking) j.getMarking(); EdgeWeightMarking marking = (EdgeWeightMarking) j.getMarking();
@ -554,7 +556,7 @@ public class DirectedGraph<T extends VertexMarking, U extends EdgeMarking> exten
distance.put(i, dist); distance.put(i, dist);
// Logging // Logging
textDescription = "Add " + i.getName() + " with " + dist + " weight to queue."; textDescription = "Add " + i.getName() + " with " + distToFinish + " weight to queue.";
System.out.println(textDescription); System.out.println(textDescription);
if (i.getScreenVertex().getColor() != Color.RED) { if (i.getScreenVertex().getColor() != Color.RED) {
i.getScreenVertex().setColor(Color.YELLOW); i.getScreenVertex().setColor(Color.YELLOW);

324
graph/ExampleGraphs.java
View File

@ -1,29 +1,93 @@
package graph; package graph;
import java.awt.*; import java.awt.*;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
* Class containing example graphs for demonstration purposes.
*/
public class ExampleGraphs { public class ExampleGraphs {
/**
* Creates an example graph suitable for demonstrating Dijkstra's and A* algorithms.
* This graph contains multiple nodes connected by weighted edges, allowing efficient
* calculation of shortest paths from a start node to an end node.
*
* @return Directed graph instance for example 1.
*/
public DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example1() { public DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example1() {
/** /**
* Beispiel 1 zeigt ein Gitter aus Knoten und Kanten, bei dem jeder Knoten mit * Beispiel 1 zeigt ein Gitter aus Knoten und Kanten, bei dem jeder Knoten mit
* seinen horizontal und vertikal benachbarten Knoten verbunden ist. Alle Kanten /*
* haben die gleiche Gewichtung. Der Startknoten befindet sich in einer Ecke * Erstellt einen Beispielgraphen, der sich ideal für die Demonstration der Funktionsweise
* des Gitters und der Zielknoten in der gegenüberliegenden Ecke. * des Dijkstra- und A*-Algorithmus eignet. Der Graph enthält eine Vielzahl von Knoten, die durch
* gewichtete Kanten verbunden sind. Dies ermöglicht es, den kürzesten Weg von einem Startknoten zu einem
* Zielknoten effizient zu berechnen und die Pfadfindung der beiden Algorithmen zu veranschaulichen.
* *
* Ziel:
* Demonstrieren, wie der A*-Algorithmus durch gezieltere Suche effizienter ist
* als der Dijkstra-Algorithmus in einem strukturierten Gittergraphen.
*
* Startknoten: A
* Endknoten: Y
*/ */
DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example1 = new DirectedGraph<>(); DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example1 = new DirectedGraph<>();
// Erstellung der Knoten mit Koordinaten
MarkedVertex<VertexMarking> A = new MarkedVertex<>(50, 250, "Start", null, null);
MarkedVertex<VertexMarking> B = new MarkedVertex<>(150, 150, "B", null, null);
MarkedVertex<VertexMarking> C = new MarkedVertex<>(150, 350, "C", null, null);
MarkedVertex<VertexMarking> D = new MarkedVertex<>(250, 100, "D", null, null);
MarkedVertex<VertexMarking> E = new MarkedVertex<>(250, 250, "E", null, null);
MarkedVertex<VertexMarking> F = new MarkedVertex<>(350, 200, "F", null, null);
MarkedVertex<VertexMarking> G = new MarkedVertex<>(450, 300, "G", null, null);
MarkedVertex<VertexMarking> H = new MarkedVertex<>(450, 100, "Ende", null, null);
// Hinzufügen der Knoten zum Graphen
example1.addVertex(A);
example1.addVertex(B);
example1.addVertex(C);
example1.addVertex(D);
example1.addVertex(E);
example1.addVertex(F);
example1.addVertex(G);
example1.addVertex(H);
// Erstellung der Kanten mit Gewichtungen
example1.addEdge(new MarkedEdge<>("AB", A, B, new EdgeWeightMarking(4)));
example1.addEdge(new MarkedEdge<>("AC", A, C, new EdgeWeightMarking(2)));
example1.addEdge(new MarkedEdge<>("BC", B, C, new EdgeWeightMarking(5)));
example1.addEdge(new MarkedEdge<>("BD", B, D, new EdgeWeightMarking(10)));
example1.addEdge(new MarkedEdge<>("CD", C, D, new EdgeWeightMarking(3)));
example1.addEdge(new MarkedEdge<>("CE", C, E, new EdgeWeightMarking(7)));
example1.addEdge(new MarkedEdge<>("DE", D, E, new EdgeWeightMarking(2)));
example1.addEdge(new MarkedEdge<>("DF", D, F, new EdgeWeightMarking(2)));
example1.addEdge(new MarkedEdge<>("EF", E, F, new EdgeWeightMarking(5)));
example1.addEdge(new MarkedEdge<>("EG", E, G, new EdgeWeightMarking(10)));
example1.addEdge(new MarkedEdge<>("FG", F, G, new EdgeWeightMarking(3)));
example1.addEdge(new MarkedEdge<>("FH", F, H, new EdgeWeightMarking(6)));
example1.addEdge(new MarkedEdge<>("GH", G, H, new EdgeWeightMarking(1)));
return example1;
}
/**
* Creates an example grid graph where each node is connected to its horizontal and vertical neighbors.
* All edges have the same weight. The start node is in one corner of the grid, and the end node is
* in the opposite corner, demonstrating the efficiency of the A* algorithm in structured grid graphs.
*
* @return Directed graph instance for example 2.
*/
public DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example2() {
/*
* Beispiel 2 zeigt ein Gitter aus Knoten und Kanten, bei dem jeder Knoten mit
* seinen horizontal und vertikal benachbarten Knoten verbunden ist. Alle Kanten
* haben die gleiche Gewichtung. Der Startknoten befindet sich in einer Ecke
* des Gitters und der Zielknoten in der gegenüberliegenden Ecke. Dadurch wird gezeigt,
* wie der A*-Algorithmus durch gezieltere Suche effizienter ist
* als der Dijkstra-Algorithmus in einem strukturierten Gittergraphen.
*
*/
DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example2 = new DirectedGraph<>();
int size = 5; int size = 5;
MarkedVertex<VertexMarking>[][] vertices = new MarkedVertex[size][size]; MarkedVertex<VertexMarking>[][] vertices = new MarkedVertex[size][size];
@ -37,7 +101,7 @@ public class ExampleGraphs {
name = "Ende"; name = "Ende";
} }
vertices[row][col] = new MarkedVertex<>(50 + col * 100, 50 + row * 100, name, null, null); vertices[row][col] = new MarkedVertex<>(50 + col * 100, 50 + row * 100, name, null, null);
example1.addVertex(vertices[row][col]); example2.addVertex(vertices[row][col]);
} }
} }
@ -45,38 +109,36 @@ public class ExampleGraphs {
for (int row = 0; row < size; row++) { for (int row = 0; row < size; row++) {
for (int col = 0; col < size; col++) { for (int col = 0; col < size; col++) {
if (col < size - 1) { if (col < size - 1) {
addBidirectionalEdge(example1, vertices[row][col], vertices[row][col + 1], new EdgeWeightMarking(1)); addBidirectionalEdge(example2, vertices[row][col], vertices[row][col + 1], new EdgeWeightMarking(1));
} }
if (row < size - 1) { if (row < size - 1) {
addBidirectionalEdge(example1, vertices[row][col], vertices[row + 1][col], new EdgeWeightMarking(1)); addBidirectionalEdge(example2, vertices[row][col], vertices[row + 1][col], new EdgeWeightMarking(1));
} }
} }
} }
return example1; return example2;
} }
private void addBidirectionalEdge(DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> graph, MarkedVertex<VertexMarking> from, MarkedVertex<VertexMarking> to, EdgeWeightMarking weight) { /**
MarkedEdge<EdgeMarking> forwardEdge = new MarkedEdge<>("edge" + from.getName() + "_" + to.getName(), from, to, weight); * Creates an example graph illustrating two paths from a start node to an end node with different characteristics:
MarkedEdge<EdgeMarking> backwardEdge = new MarkedEdge<>("edge" + to.getName() + "_" + from.getName(), to, from, weight); * one path with few nodes and mostly low-weight edges, and another path with more nodes and higher-weight edges.
graph.addEdge(forwardEdge); * The algorithms will alternate exploration between these paths.
graph.addEdge(backwardEdge); *
} * @return Directed graph instance for example 3.
*/
public DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example3() {
public DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example2() { /*
DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example2 = new DirectedGraph<>(); * Beispiel 3 zeigt zwei Wege von einem Startknoten zu einem Zielknoten mit unterschiedlichen Eigenschaften:
* Ein Weg (oben) hat wenige Knoten mit Kanten geringer Gewichtung, außer der vorletzten Kante, die hohe Gewichtung hat.
* Der andere Weg (unten) hat mehr Knoten mit höherer Gewichtung der Kanten. Die Algorithmen wechseln also mit dem Erkunden
/** * zwischen den beiden Pfaden.
* Beispiel 2 zeigt zwei Wege von einem Startknoten zu einem Zielknoten mit unterschiedlichen Eigenschaften:
* Ein Weg (oben) hat wenige Knoten mit Kanten geringer Gewichtung, außer der letzten Kante, die hohe Gewichtung hat.
* Der andere Weg (unten) hat mehr Knoten mit höherer Gewichtung der Kanten. Der Algorithmus sollte zuerst den oberen
* Weg erkunden, bis er die hohe Gewichtung der letzten Kante des unteren Wegs berücksichtigt.
* *
* Startknoten: A
* Endknoten: E
*/ */
DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example3 = new DirectedGraph<>();
MarkedVertex A = new MarkedVertex<>(100, 100, "Start", null, null); MarkedVertex A = new MarkedVertex<>(100, 100, "Start", null, null);
MarkedVertex B = new MarkedVertex<>(250, 50, "B", null, null); MarkedVertex B = new MarkedVertex<>(250, 50, "B", null, null);
MarkedVertex C = new MarkedVertex<>(400, 100, "C", null, null); MarkedVertex C = new MarkedVertex<>(400, 100, "C", null, null);
@ -85,40 +147,44 @@ public class ExampleGraphs {
MarkedVertex F = new MarkedVertex<>(250, 200, "F", null, null); MarkedVertex F = new MarkedVertex<>(250, 200, "F", null, null);
MarkedVertex G = new MarkedVertex<>(550, 200, "G", null, null); MarkedVertex G = new MarkedVertex<>(550, 200, "G", null, null);
example2.addVertex(A); example3.addVertex(A);
example2.addVertex(B); example3.addVertex(B);
example2.addVertex(C); example3.addVertex(C);
example2.addVertex(D); example3.addVertex(D);
example2.addVertex(E); example3.addVertex(E);
example2.addVertex(F); example3.addVertex(F);
example2.addVertex(G); example3.addVertex(G);
example2.addEdge(new MarkedEdge<>("AB", A, B, new EdgeWeightMarking(1))); example3.addEdge(new MarkedEdge<>("AB", A, B, new EdgeWeightMarking(1)));
example2.addEdge(new MarkedEdge<>("BC", B, C, new EdgeWeightMarking(1))); example3.addEdge(new MarkedEdge<>("BC", B, C, new EdgeWeightMarking(1)));
example2.addEdge(new MarkedEdge<>("CD", C, D, new EdgeWeightMarking(10))); example3.addEdge(new MarkedEdge<>("CD", C, D, new EdgeWeightMarking(10)));
example2.addEdge(new MarkedEdge<>("DE", D, E, new EdgeWeightMarking(1))); example3.addEdge(new MarkedEdge<>("DE", D, E, new EdgeWeightMarking(1)));
example2.addEdge(new MarkedEdge<>("AF", A, F, new EdgeWeightMarking(5))); example3.addEdge(new MarkedEdge<>("AF", A, F, new EdgeWeightMarking(5)));
example2.addEdge(new MarkedEdge<>("FG", F, G, new EdgeWeightMarking(5))); example3.addEdge(new MarkedEdge<>("FG", F, G, new EdgeWeightMarking(5)));
example2.addEdge(new MarkedEdge<>("GE", G, E, new EdgeWeightMarking(5))); example3.addEdge(new MarkedEdge<>("GE", G, E, new EdgeWeightMarking(5)));
return example2; return example3;
} }
/**
* Creates an example labyrinth graph with four horizontal paths, each consisting of four nodes.
* Each path leads to a respective endpoint, demonstrating how algorithms may explore potentially incorrect paths
* before finding the correct one, and showing the efficiency of A* in finding the correct path quickly.
*
* @return Directed graph instance for example 4.
*/
public DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example4() {
/*
public DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example3() { * Beispiel 4 zeigt ein Labyrinth mit vier horizontalen Wegen, die jeweils aus vier Knoten bestehen.
* Jeder Weg führt zum Endpunkt E1, E2, E3 bzw. Ende. Ziel ist es zu zeigen, dass die Algorithmen auch
/** * potenziell falsche Wege erkunden können, bevor sie den Endknoten erreichen. Zudem wird gezeigt,
* Beispiel 3 zeigt ein Labyrinth mit vier horizontalen Wegen, die jeweils aus vier Knoten bestehen. * wie A* schnell den richtigen Weg findet, während Djkstra alle Wege durchsucht.
* Jeder Weg führt zum Endpunkt E1, E2, E3 bzw. E4. Ziel ist es zu zeigen, dass die Algorithmen auch
* potenziell falsche Wege erkunden können, bevor sie den richtigen Endpunkt erreichen.
* *
* Startknoten: A
* Endknoten: E2
*/ */
DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example3 = new DirectedGraph<>(); DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example4 = new DirectedGraph<>();
// Startpunkt A in der Mitte der Y-Koordinate // Startpunkt A in der Mitte der Y-Koordinate
MarkedVertex A = new MarkedVertex<>(100, 250, "Start", null, null); MarkedVertex A = new MarkedVertex<>(100, 250, "Start", null, null);
@ -147,103 +213,59 @@ public class ExampleGraphs {
MarkedVertex D4 = new MarkedVertex<>(400, 400, "D4", null, null); MarkedVertex D4 = new MarkedVertex<>(400, 400, "D4", null, null);
MarkedVertex E4 = new MarkedVertex<>(500, 400, "Ende", null, null); // Endpunkt des vierten Weges MarkedVertex E4 = new MarkedVertex<>(500, 400, "Ende", null, null); // Endpunkt des vierten Weges
example3.addVertex(A);
example3.addVertex(B1);
example3.addVertex(C1);
example3.addVertex(D1);
example3.addVertex(B2);
example3.addVertex(C2);
example3.addVertex(D2);
example3.addVertex(B3);
example3.addVertex(C3);
example3.addVertex(D3);
example3.addVertex(B4);
example3.addVertex(C4);
example3.addVertex(D4);
example3.addVertex(E1);
example3.addVertex(E2);
example3.addVertex(E3);
example3.addVertex(E4);
example3.addEdge(new MarkedEdge<>("AB1", A, B1, new EdgeWeightMarking(1)));
example3.addEdge(new MarkedEdge<>("AB2", A, B2, new EdgeWeightMarking(1)));
example3.addEdge(new MarkedEdge<>("AB3", A, B3, new EdgeWeightMarking(1)));
example3.addEdge(new MarkedEdge<>("AB4", A, B4, new EdgeWeightMarking(1)));
example3.addEdge(new MarkedEdge<>("B1C1", B1, C1, new EdgeWeightMarking(1)));
example3.addEdge(new MarkedEdge<>("B2C2", B2, C2, new EdgeWeightMarking(1)));
example3.addEdge(new MarkedEdge<>("B3C3", B3, C3, new EdgeWeightMarking(1)));
example3.addEdge(new MarkedEdge<>("B4C4", B4, C4, new EdgeWeightMarking(1)));
example3.addEdge(new MarkedEdge<>("C1D1", C1, D1, new EdgeWeightMarking(1)));
example3.addEdge(new MarkedEdge<>("C2D2", C2, D2, new EdgeWeightMarking(1)));
example3.addEdge(new MarkedEdge<>("C3D3", C3, D3, new EdgeWeightMarking(1)));
example3.addEdge(new MarkedEdge<>("C4D4", C4, D4, new EdgeWeightMarking(1)));
example3.addEdge(new MarkedEdge<>("D1E1", D1, E1, new EdgeWeightMarking(1)));
example3.addEdge(new MarkedEdge<>("D2E2", D2, E2, new EdgeWeightMarking(1)));
example3.addEdge(new MarkedEdge<>("D3E3", D3, E3, new EdgeWeightMarking(1)));
example3.addEdge(new MarkedEdge<>("D4E4", D4, E4, new EdgeWeightMarking(1)));
return example3;
}
public DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example4() {
/**
* Erstellt einen Beispielgraphen (Beispiel 4), der sich ideal für die Demonstration der Funktionsweise
* des Dijkstra- und A*-Algorithmus eignet. Der Graph enthält eine Vielzahl von Knoten, die durch
* gewichtete Kanten verbunden sind. Dies ermöglicht es, den kürzesten Weg von einem Startknoten zu einem
* Zielknoten effizient zu berechnen und die Unterschiede zwischen den beiden Algorithmen in der
* Pfadfindung zu veranschaulichen.
*
* Startknoten: A
* Zielknoten: H
*
*/
DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> example4 = new DirectedGraph<>();
// Erstellung der Knoten mit Koordinaten
MarkedVertex<VertexMarking> A = new MarkedVertex<>(50, 250, "Start", null, null);
MarkedVertex<VertexMarking> B = new MarkedVertex<>(150, 150, "B", null, null);
MarkedVertex<VertexMarking> C = new MarkedVertex<>(150, 350, "C", null, null);
MarkedVertex<VertexMarking> D = new MarkedVertex<>(250, 100, "D", null, null);
MarkedVertex<VertexMarking> E = new MarkedVertex<>(250, 250, "E", null, null);
MarkedVertex<VertexMarking> F = new MarkedVertex<>(350, 200, "F", null, null);
MarkedVertex<VertexMarking> G = new MarkedVertex<>(450, 300, "G", null, null);
MarkedVertex<VertexMarking> H = new MarkedVertex<>(450, 100, "Ende", null, null);
// Hinzufügen der Knoten zum Graphen
example4.addVertex(A); example4.addVertex(A);
example4.addVertex(B); example4.addVertex(B1);
example4.addVertex(C); example4.addVertex(C1);
example4.addVertex(D); example4.addVertex(D1);
example4.addVertex(E); example4.addVertex(B2);
example4.addVertex(F); example4.addVertex(C2);
example4.addVertex(G); example4.addVertex(D2);
example4.addVertex(H); example4.addVertex(B3);
example4.addVertex(C3);
example4.addVertex(D3);
example4.addVertex(B4);
example4.addVertex(C4);
example4.addVertex(D4);
example4.addVertex(E1);
example4.addVertex(E2);
example4.addVertex(E3);
example4.addVertex(E4);
// Erstellung der Kanten mit Gewichtungen example4.addEdge(new MarkedEdge<>("AB1", A, B1, new EdgeWeightMarking(1)));
example4.addEdge(new MarkedEdge<>("AB", A, B, new EdgeWeightMarking(4))); example4.addEdge(new MarkedEdge<>("AB2", A, B2, new EdgeWeightMarking(1)));
example4.addEdge(new MarkedEdge<>("AC", A, C, new EdgeWeightMarking(2))); example4.addEdge(new MarkedEdge<>("AB3", A, B3, new EdgeWeightMarking(1)));
example4.addEdge(new MarkedEdge<>("BC", B, C, new EdgeWeightMarking(5))); example4.addEdge(new MarkedEdge<>("AB4", A, B4, new EdgeWeightMarking(1)));
example4.addEdge(new MarkedEdge<>("BD", B, D, new EdgeWeightMarking(10)));
example4.addEdge(new MarkedEdge<>("CD", C, D, new EdgeWeightMarking(3))); example4.addEdge(new MarkedEdge<>("B1C1", B1, C1, new EdgeWeightMarking(1)));
example4.addEdge(new MarkedEdge<>("CE", C, E, new EdgeWeightMarking(7))); example4.addEdge(new MarkedEdge<>("B2C2", B2, C2, new EdgeWeightMarking(1)));
example4.addEdge(new MarkedEdge<>("DE", D, E, new EdgeWeightMarking(2))); example4.addEdge(new MarkedEdge<>("B3C3", B3, C3, new EdgeWeightMarking(1)));
example4.addEdge(new MarkedEdge<>("DF", D, F, new EdgeWeightMarking(2))); example4.addEdge(new MarkedEdge<>("B4C4", B4, C4, new EdgeWeightMarking(1)));
example4.addEdge(new MarkedEdge<>("EF", E, F, new EdgeWeightMarking(5)));
example4.addEdge(new MarkedEdge<>("EG", E, G, new EdgeWeightMarking(10))); example4.addEdge(new MarkedEdge<>("C1D1", C1, D1, new EdgeWeightMarking(1)));
example4.addEdge(new MarkedEdge<>("FG", F, G, new EdgeWeightMarking(3))); example4.addEdge(new MarkedEdge<>("C2D2", C2, D2, new EdgeWeightMarking(1)));
example4.addEdge(new MarkedEdge<>("FH", F, H, new EdgeWeightMarking(6))); example4.addEdge(new MarkedEdge<>("C3D3", C3, D3, new EdgeWeightMarking(1)));
example4.addEdge(new MarkedEdge<>("GH", G, H, new EdgeWeightMarking(1))); example4.addEdge(new MarkedEdge<>("C4D4", C4, D4, new EdgeWeightMarking(1)));
example4.addEdge(new MarkedEdge<>("D1E1", D1, E1, new EdgeWeightMarking(1)));
example4.addEdge(new MarkedEdge<>("D2E2", D2, E2, new EdgeWeightMarking(1)));
example4.addEdge(new MarkedEdge<>("D3E3", D3, E3, new EdgeWeightMarking(1)));
example4.addEdge(new MarkedEdge<>("D4E4", D4, E4, new EdgeWeightMarking(1)));
return example4; return example4;
} }
/**
* Helper method to add a bidirectional edge between two vertices in a graph.
*
* @param graph The graph instance where the edge should be added.
* @param from The starting vertex of the edge.
* @param to The ending vertex of the edge.
* @param weight The weight marking of the edge.
*/
private void addBidirectionalEdge(DirectedGraph<VertexMarking, EdgeMarking> graph, MarkedVertex<VertexMarking> from, MarkedVertex<VertexMarking> to, EdgeWeightMarking weight) {
MarkedEdge<EdgeMarking> forwardEdge = new MarkedEdge<>("edge" + from.getName() + "_" + to.getName(), from, to, weight);
MarkedEdge<EdgeMarking> backwardEdge = new MarkedEdge<>("edge" + to.getName() + "_" + from.getName(), to, from, weight);
graph.addEdge(forwardEdge);
graph.addEdge(backwardEdge);
}
} }

2
graph/Graph.java
View File

@ -412,6 +412,6 @@ public abstract class Graph<T extends VertexMarking, U extends EdgeMarking> {
* @param n2 Destination vertex. * @param n2 Destination vertex.
* @return Length of the shortest path between the vertices. * @return Length of the shortest path between the vertices.
*/ */
public abstract int getShortestPathAStar(MarkedVertex<T> n1, MarkedVertex<T> n2); public abstract double getShortestPathAStar(MarkedVertex<T> n1, MarkedVertex<T> n2);
} }

8
graph/NameDoesNotExistException.java
View File

@ -58,7 +58,7 @@ class WrapperElement<T extends VertexMarking> {
// ATTRIBUTE // ATTRIBUTE
private MarkedVertex<T> element; private MarkedVertex<T> element;
private int priority; private double priority;
// KONSTRUKTOR // KONSTRUKTOR
@ -69,7 +69,7 @@ class WrapperElement<T extends VertexMarking> {
* @param element The marked vertex to wrap. * @param element The marked vertex to wrap.
* @param priority The priority associated with the element. * @param priority The priority associated with the element.
*/ */
public WrapperElement(MarkedVertex<T> element, int priority) { public WrapperElement(MarkedVertex<T> element, double priority) {
this.element = element; this.element = element;
this.priority = priority; this.priority = priority;
} }
@ -92,7 +92,7 @@ class WrapperElement<T extends VertexMarking> {
* *
* @return The priority. * @return The priority.
*/ */
public int getPriority() { public double getPriority() {
return this.priority; return this.priority;
} }
@ -130,6 +130,6 @@ class WrapperComparator<T extends VertexMarking> implements Comparator<WrapperEl
* priority is less than, equal to, or greater than the second element's priority. * priority is less than, equal to, or greater than the second element's priority.
*/ */
public int compare(WrapperElement<T> element1, WrapperElement<T> element2) { public int compare(WrapperElement<T> element1, WrapperElement<T> element2) {
return Integer.compare(element1.getPriority(), element2.getPriority()); return Double.compare(element1.getPriority(), element2.getPriority());
} }
} }

63
graph/UndirectedGraph.java
View File

@ -253,17 +253,18 @@ public class UndirectedGraph<T extends VertexMarking, U extends EdgeMarking> ext
// Den nächsten Knoten, der am wenigsten kostet, besuchen // Den nächsten Knoten, der am wenigsten kostet, besuchen
WrapperElement<T> nextVertex = queue.poll(); WrapperElement<T> nextVertex = queue.poll();
// Knoten als besucht makieren // Falls Knoten schon besucht
visited.put(nextVertex.getElement(), true); if(!visited.get(nextVertex.getElement())){
// Knoten als besucht makieren
visited.put(nextVertex.getElement(), true);
// Logging textDescription = "Visit " + nextVertex.getElement().getName();
textDescription = "Visit " + nextVertex.getElement().getName(); // Logging
System.out.println(textDescription); System.out.println(textDescription);
if (nextVertex.getElement().getScreenVertex().getColor() != Color.RED) { if (nextVertex.getElement().getScreenVertex().getColor() != Color.RED) {
nextVertex.getElement().getScreenVertex().setColor(Color.BLUE); nextVertex.getElement().getScreenVertex().setColor(Color.BLUE);
}
this.logList.add(new OurLogElement(step, textDescription, 0, this.getScreenGraphCopy()));
} }
this.logList.add(new OurLogElement(step, textDescription, 0, this.getScreenGraphCopy()));
// Wenn Weg gefunden, brich ab // Wenn Weg gefunden, brich ab
@ -349,7 +350,7 @@ public class UndirectedGraph<T extends VertexMarking, U extends EdgeMarking> ext
* @param n2 The ending vertex of the shortest path. * @param n2 The ending vertex of the shortest path.
* @return The length of the shortest path between n1 and n2. * @return The length of the shortest path between n1 and n2.
*/ */
public int getShortestPathAStar(MarkedVertex<T> n1, MarkedVertex<T> n2) { public double getShortestPathAStar(MarkedVertex<T> n1, MarkedVertex<T> n2) {
// Erstellt Hashmap um Distanz von Startnoten zu jedem Knoten auf dem Graph zu tracken // Erstellt Hashmap um Distanz von Startnoten zu jedem Knoten auf dem Graph zu tracken
// Erstellt Hashmap um zu tracken welche Knoten schon besucht wurden // Erstellt Hashmap um zu tracken welche Knoten schon besucht wurden
@ -357,11 +358,11 @@ public class UndirectedGraph<T extends VertexMarking, U extends EdgeMarking> ext
// Initialisierung aller Distanzen auf UNENDLICH (= -1) // Initialisierung aller Distanzen auf UNENDLICH (= -1)
// Initialisierung, dass kein Knoten besucht wurde // Initialisierung, dass kein Knoten besucht wurde
// Initialisierung aller Vorgänger auf null // Initialisierung aller Vorgänger auf null
HashMap<MarkedVertex<T>, Integer> distance = new HashMap<>(); HashMap<MarkedVertex<T>, Double> distance = new HashMap<>();
HashMap<MarkedVertex<T>, Boolean> visited = new HashMap<>(); HashMap<MarkedVertex<T>, Boolean> visited = new HashMap<>();
HashMap<MarkedVertex<T>, MarkedVertex<T>> predecessors = new HashMap<>(); HashMap<MarkedVertex<T>, MarkedVertex<T>> predecessors = new HashMap<>();
for (MarkedVertex<T> i: this.getAllVertexes()) { for (MarkedVertex<T> i: this.getAllVertexes()) {
distance.put(i, -1); distance.put(i, -1.0);
visited.put(i, false); visited.put(i, false);
predecessors.put(i, null); predecessors.put(i, null);
} }
@ -371,15 +372,15 @@ public class UndirectedGraph<T extends VertexMarking, U extends EdgeMarking> ext
// Distanz zu Startknoten auf 0 // Distanz zu Startknoten auf 0
// Weg zu Startknoten in die Schlange aufnehmen // Weg zu Startknoten in die Schlange aufnehmen
distance.put(n1, 0); distance.put(n1, 0.0);
queue.add(new WrapperElement<>(n1, 0)); queue.add(new WrapperElement<>(n1, 0));
// Variable, die Distanz zwischen aktuellem Knoten und Nachfolger speichert // Variable, die Distanz zwischen aktuellem Knoten und Nachfolger speichert
int dist = 0; double dist = 0;
// Variable, die Distanz zwischen dem potenziell nächsten Knoten und dem Zielknoten speichert // Variable, die Distanz zwischen dem potenziell nächsten Knoten und dem Zielknoten speichert
int airDist = 0; double airDist = 0;
// Variable, die Distanz zwischen dem aktuellen Knoten bis zum Endknoten speichert // Variable, die Distanz zwischen dem aktuellen Knoten bis zum Endknoten speichert
int distToFinish = 0; double distToFinish = 0;
// Zähler für LogList // Zähler für LogList
int step = 0; int step = 0;
// String für den Description Inhalt // String für den Description Inhalt
@ -396,18 +397,18 @@ public class UndirectedGraph<T extends VertexMarking, U extends EdgeMarking> ext
// Den nächsten Knoten, der am wenigsten kostet, besuchen // Den nächsten Knoten, der am wenigsten kostet, besuchen
WrapperElement<T> nextVertex = queue.poll(); WrapperElement<T> nextVertex = queue.poll();
// Knoten als besucht makieren // Falls Knoten schon besucht
visited.put(nextVertex.getElement(), true); if(!visited.get(nextVertex.getElement())){
// Knoten als besucht makieren
visited.put(nextVertex.getElement(), true);
// Logging textDescription = "Visit " + nextVertex.getElement().getName();
textDescription = "Visit " + nextVertex.getElement().getName(); // Logging
System.out.println(textDescription); System.out.println(textDescription);
if (nextVertex.getElement().getScreenVertex().getColor() != Color.RED) { if (nextVertex.getElement().getScreenVertex().getColor() != Color.RED) {
nextVertex.getElement().getScreenVertex().setColor(Color.BLUE); nextVertex.getElement().getScreenVertex().setColor(Color.BLUE);
}
this.logList.add(new OurLogElement(step, textDescription, 0, this.getScreenGraphCopy()));
} }
this.logList.add(new OurLogElement(step, textDescription, 0, this.getScreenGraphCopy()));
// Wenn Weg gefunden, brich ab // Wenn Weg gefunden, brich ab
if (nextVertex.getElement() == n2) { if (nextVertex.getElement() == n2) {
@ -436,8 +437,8 @@ public class UndirectedGraph<T extends VertexMarking, U extends EdgeMarking> ext
if (j.getSource() == nextVertex.getElement() && j.getDestination() == i) { if (j.getSource() == nextVertex.getElement() && j.getDestination() == i) {
//Berechnung der Heuristik über die Luftdistanz des nächsten Knoten zum Zielknoten //Berechnung der Heuristik über die Luftdistanz des nächsten Knoten zum Zielknoten
airDist = (int) Math.sqrt(Math.pow((i.getCords()[0] - n2.getCords()[0]), 2) airDist = Math.sqrt(Math.pow((i.getCords()[0] - n2.getCords()[0]), 2)
+ Math.pow((i.getCords()[1] - n2.getCords()[1]), 2)); + Math.pow((i.getCords()[1] - n2.getCords()[1]), 2)) / 100;
// Berechne Distanz zu nächstem Knoten // Berechne Distanz zu nächstem Knoten
EdgeWeightMarking marking = (EdgeWeightMarking) j.getMarking(); EdgeWeightMarking marking = (EdgeWeightMarking) j.getMarking();
@ -456,7 +457,7 @@ public class UndirectedGraph<T extends VertexMarking, U extends EdgeMarking> ext
distance.put(i, dist); distance.put(i, dist);
// Logging // Logging
textDescription = "Add " + i.getName() + " with " + dist + " weight to queue."; textDescription = "Add " + i.getName() + " with " + distToFinish + " weight to queue.";
System.out.println(textDescription); System.out.println(textDescription);
if (i.getScreenVertex().getColor() != Color.RED) { if (i.getScreenVertex().getColor() != Color.RED) {
i.getScreenVertex().setColor(Color.YELLOW); i.getScreenVertex().setColor(Color.YELLOW);

BIN
out/production/ProjektGraph/OurApplication/OurAlgorithm.class
View File

Binary file not shown.

BIN
out/production/ProjektGraph/OurApplication/OurApplication.class
View File

Binary file not shown.

BIN
out/production/ProjektGraph/graph/DirectedGraph.class
View File

Binary file not shown.

BIN
out/production/ProjektGraph/graph/EdgeWeightMarking.class
View File

Binary file not shown.

BIN
out/production/ProjektGraph/graph/ExampleGraphs.class
View File

Binary file not shown.

BIN
out/production/ProjektGraph/graph/Graph.class
View File

Binary file not shown.

BIN
out/production/ProjektGraph/graph/MarkedEdge.class
View File

Binary file not shown.

BIN
out/production/ProjektGraph/graph/MarkedVertex.class
View File

Binary file not shown.

BIN
out/production/ProjektGraph/graph/NameDoesNotExistException.class
View File

Binary file not shown.

BIN
out/production/ProjektGraph/graph/UndirectedGraph.class
View File

Binary file not shown.

BIN
out/production/ProjektGraph/graph/VertexWeightMarking.class
View File

Binary file not shown.

BIN
out/production/ProjektGraph/graph/WrapperComparator.class
View File

Binary file not shown.

BIN
out/production/ProjektGraph/graph/WrapperElement.class
View File

Binary file not shown.