{
 "cells": [
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": null,
   "id": "99cf9991",
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "{\n",
    " \"cells\": [\n",
    "  {\n",
    "   \"cell_type\": \"markdown\",\n",
    "   \"metadata\": {},\n",
    "   \"source\": [\n",
    "    \"# Лабораторная работа: Поиск выхода из лабиринта\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"## 1. Постановка задачи\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"Разработать программу для загрузки лабиринта из текстового файла, поиска пути от стартовой клетки до выхода с возможностью выбора алгоритма поиска, визуализации процесса и экспериментального сравнения эффективности алгоритмов.\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"### Основные требования\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"- Реализовать модель лабиринта (классы `Cell`, `Maze`)\\n\",\n",
    "    \"- Реализовать загрузку лабиринта из файла с символами `#` (стена), `S` (старт), `E` (выход)\\n\",\n",
    "    \"- Реализовать четыре алгоритма поиска пути: BFS, DFS, A*, Дейкстра\\n\",\n",
    "    \"- Реализовать класс-оркестратор `MazeSolver` с возможностью смены стратегии\\n\",\n",
    "    \"- Собрать статистику: время выполнения, количество посещённых клеток, длина пути\\n\",\n",
    "    \"- Провести эксперименты на лабиринтах разной сложности\\n\",\n",
    "    \"- Реализовать интерактивный режим с пошаговым управлением и отменой ходов\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"### Использованные паттерны проектирования GoF\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"| Паттерн | Где используется | Преимущества |\\n\",\n",
    "    \"|---------|-----------------|---------------|\\n\",\n",
    "    \"| **Builder** | `MazeBuilder`, `TextFileMazeBuilder` | Скрывает детали парсинга, легко добавлять новые форматы |\\n\",\n",
    "    \"| **Strategy** | `PathFindingStrategy`, BFS, DFS, A*, Дейкстра | Динамическая смена алгоритма |\\n\",\n",
    "    \"| **Observer** | `Observer`, `ConsoleDisplay` | Отделяет отображение от логики |\\n\",\n",
    "    \"| **Command** | `Command`, `MoveCommand`, `CommandInvoker` | Undo/Redo, история ходов |\"\n",
    "   ]\n",
    "  },\n",
    "  {\n",
    "   \"cell_type\": \"markdown\",\n",
    "   \"metadata\": {},\n",
    "   \"source\": [\n",
    "    \"## 2. Архитектура приложения\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"Основные компоненты:\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"- **Модель** – `Cell`, `Maze` (хранение сетки, проверка стен, получение соседей)\\n\",\n",
    "    \"- **Загрузка** – `MazeBuilder`, `TextFileMazeBuilder` (парсинг `.txt`‑файлов)\\n\",\n",
    "    \"- **Алгоритмы** – `BFSStrategy`, `DFSStrategy`, `AStarStrategy`, `DijkstraStrategy`\\n\",\n",
    "    \"- **Оркестрация** – `MazeSolver` (управление стратегией, сбор статистики)\\n\",\n",
    "    \"- **Визуализация** – `ConsoleDisplay` (отрисовка лабиринта, игрока, пути)\\n\",\n",
    "    \"- **Интерактив** – `Player`, `MoveCommand`, `CommandInvoker` (перемещение, отмена/повтор)\"\n",
    "   ]\n",
    "  },\n",
    "  {\n",
    "   \"cell_type\": \"markdown\",\n",
    "   \"metadata\": {},\n",
    "   \"source\": [\n",
    "    \"## 3. Реализация алгоритмов поиска пути\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"| Алгоритм | Структура данных | Гарантия кратчайшего пути | Особенности |\\n\",\n",
    "    \"|----------|-----------------|---------------------------|-------------|\\n\",\n",
    "    \"| **BFS** | Очередь (`deque`) | Да | Обходит по слоям, гарантирует минимум шагов |\\n\",\n",
    "    \"| **DFS** | Стек | Нет | Углубляется до конца, экономичен по памяти |\\n\",\n",
    "    \"| **A*** | Приоритетная очередь (`heapq`) + эвристика | Да | Использует манхэттенское расстояние |\\n\",\n",
    "    \"| **Дейкстра** | Приоритетная очередь (`heapq`) | Да | Частный случай A* с эвристикой 0 |\"\n",
    "   ]\n",
    "  },\n",
    "  {\n",
    "   \"cell_type\": \"markdown\",\n",
    "   \"metadata\": {},\n",
    "   \"source\": [\n",
    "    \"## 4. Экспериментальная часть\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"### Тестовые лабиринты\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"| Имя | Размер | Описание |\\n\",\n",
    "    \"|-----|--------|----------|\\n\",\n",
    "    \"| tiny_simple | 10×10 | Маленький лабиринт с прямым путём |\\n\",\n",
    "    \"| small_empty | 20×20 | Пустой лабиринт без стен |\\n\",\n",
    "    \"| medium_dfs | 30×30 | Лабиринт среднего размера с тупиками |\\n\",\n",
    "    \"| medium_complex | 40×40 | Сложный запутанный лабиринт |\\n\",\n",
    "    \"| large_dfs | 50×50 | Большой лабиринт |\\n\",\n",
    "    \"| very_large_dfs | 100×100 | Очень большой лабиринт |\\n\",\n",
    "    \"| no_exit | 20×20 | Лабиринт без выхода |\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"Каждый алгоритм запускался **5 раз** на каждом лабиринте, результаты усреднены.\"\n",
    "   ]\n",
    "  },\n",
    "  {\n",
    "   \"cell_type\": \"markdown\",\n",
    "   \"metadata\": {},\n",
    "   \"source\": [\n",
    "    \"### Результаты замеров\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"| Лабиринт | Алгоритм | Время (мс) | Посещено клеток | Длина пути |\\n\",\n",
    "    \"|----------|----------|------------|-----------------|------------|\\n\",\n",
    "    \"| tiny_simple (10x10) | BFS | 0.11 | 29 | 19 |\\n\",\n",
    "    \"| tiny_simple (10x10) | DFS | 0.07 | 29 | 19 |\\n\",\n",
    "    \"| tiny_simple (10x10) | A* | 0.17 | 29 | 19 |\\n\",\n",
    "    \"| tiny_simple (10x10) | Дейкстра | 0.15 | 29 | 19 |\\n\",\n",
    "    \"| small_empty (20x20) | BFS | 1.35 | 400 | 39 |\\n\",\n",
    "    \"| small_empty (20x20) | DFS | 1.02 | 400 | 191 |\\n\",\n",
    "    \"| small_empty (20x20) | A* | 2.61 | 400 | 39 |\\n\",\n",
    "    \"| small_empty (20x20) | Дейкстра | 1.02 | 400 | 39 |\\n\",\n",
    "    \"| medium_dfs (30x30) | BFS | 3.30 | 110 | 77 |\\n\",\n",
    "    \"| medium_dfs (30x30) | DFS | 2.58 | 80 | 77 |\\n\",\n",
    "    \"| medium_dfs (30x30) | A* | 0.51 | 88 | 77 |\\n\",\n",
    "    \"| medium_dfs (30x30) | Дейкстра | 0.55 | 110 | 77 |\\n\",\n",
    "    \"| no_exit (20x20) | BFS | 0.14 | 193 | 0 |\\n\",\n",
    "    \"| no_exit (20x20) | DFS | 0.07 | 52 | 0 |\\n\",\n",
    "    \"| no_exit (20x20) | A* | 0.16 | 162 | 0 |\"\n",
    "   ]\n",
    "  },\n",
    "  {\n",
    "   \"cell_type\": \"markdown\",\n",
    "   \"metadata\": {},\n",
    "   \"source\": [\n",
    "    \"### Графики\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"![Сравнение алгоритмов](algorithm_comparison.png)\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"На графике представлено сравнение алгоритмов по трём метрикам: время выполнения, количество посещённых клеток и длина найденного пути.\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"![Детальный анализ](maze_detailed_analysis.png)\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"Детальные графики по каждому лабиринту.\"\n",
    "   ]\n",
    "  },\n",
    "  {\n",
    "   \"cell_type\": \"markdown\",\n",
    "   \"metadata\": {},\n",
    "   \"source\": [\n",
    "    \"## 5. Анализ результатов\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"### Сравнение характеристик\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"**BFS**\\n\",\n",
    "    \"- Гарантирует кратчайший путь (длина пути совпадает с A*)\\n\",\n",
    "    \"- Посещает много клеток (400 в пустом лабиринте)\\n\",\n",
    "    \"- Время работы стабильно, предсказуемо\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"**DFS**\\n\",\n",
    "    \"- Самый быстрый на большинстве лабиринтов (0.07 мс на маленьком)\\n\",\n",
    "    \"- НЕ гарантирует кратчайший путь (в пустом лабиринте путь 191 вместо 39)\\n\",\n",
    "    \"- Посещает меньше клеток, чем BFS (80 против 110 на 30x30)\\n\",\n",
    "    \"- Отлично работает в лабиринтах без выхода (52 посещённые клетки)\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"**A***\\n\",\n",
    "    \"- Всегда находит оптимальный путь (как BFS)\\n\",\n",
    "    \"- Посещает меньше клеток, чем BFS (88 против 110 на 30x30)\\n\",\n",
    "    \"- На 30x30 оказался самым быстрым (0.51 мс)\\n\",\n",
    "    \"- На пустом лабиринте медленнее из-за накладных расходов на эвристику\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"**Дейкстра**\\n\",\n",
    "    \"- На невзвешенных графах даёт те же результаты, что и BFS\\n\",\n",
    "    \"- Медленнее A* на сложных лабиринтах\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"### Ключевые выводы\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"1. **A* показывает лучший баланс** между скоростью и оптимальностью.\\n\",\n",
    "    \"2. **DFS – самый быстрый**, когда не важна длина пути.\\n\",\n",
    "    \"3. **BFS** остаётся простым и предсказуемым решением.\\n\",\n",
    "    \"4. **На пустых лабиринтах** DFS находит очень длинный путь.\\n\",\n",
    "    \"5. **В лабиринтах без выхода** DFS быстрее всех обнаруживает отсутствие пути.\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"### Рекомендации по выбору алгоритма\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"| Сценарий | Рекомендуемый алгоритм | Обоснование |\\n\",\n",
    "    \"|----------|------------------------|-------------|\\n\",\n",
    "    \"| Нужен кратчайший путь + скорость | **A*** | Лучшие результаты на сложных лабиринтах |\\n\",\n",
    "    \"| Важна только скорость | **DFS** | Самый быстрый |\\n\",\n",
    "    \"| Простота реализации | **BFS** | Самый понятный алгоритм |\\n\",\n",
    "    \"| Проверка существования пути | **DFS** | Быстро находит или упирается в тупик |\"\n",
    "   ]\n",
    "  },\n",
    "  {\n",
    "   \"cell_type\": \"markdown\",\n",
    "   \"metadata\": {},\n",
    "   \"source\": [\n",
    "    \"## 6. Заключение\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"В ходе лабораторной работы была разработана программа для поиска выхода из лабиринта с применением паттернов проектирования GoF.\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"### Преимущества использованных паттернов\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"| Паттерн | Что было бы сложно изменить без него |\\n\",\n",
    "    \"|---------|--------------------------------------|\\n\",\n",
    "    \"| **Builder** | Добавление нового формата файлов потребовало бы переписывания всей логики загрузки |\\n\",\n",
    "    \"| **Strategy** | Смена алгоритма поиска потребовала бы изменения кода `MazeSolver` |\\n\",\n",
    "    \"| **Observer** | Добавление нового способа вывода потребовало бы изменения всех классов |\\n\",\n",
    "    \"| **Command** | Реализация отмены ходов привела бы к дублированию кода |\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"Экспериментальное сравнение алгоритмов показало, что A* является оптимальным выбором для большинства сценариев. DFS остаётся лучшим выбором, когда скорость критичнее оптимальности пути.\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"Программа предоставляет два режима работы:\\n\",\n",
    "    \"- **Интерактивный режим** – игра с ручным управлением, отменой и повторением ходов\\n\",\n",
    "    \"- **Экспериментальный режим** – автоматическое тестирование алгоритмов с сохранением результатов в CSV и построением графиков\\n\",\n",
    "    \"\\n\",\n",
    "    \"Разработанное решение демонстрирует преимущества объектно-ориентированного подхода и паттернов проектирования при создании гибких, расширяемых и легко поддерживаемых программ.\"\n",
    "   ]\n",
    "  }\n",
    " ],\n",
    " \"metadata\": {\n",
    "  \"kernelspec\": {\n",
    "   \"display_name\": \"Python 3\",\n",
    "   \"language\": \"python\",\n",
    "   \"name\": \"python3\"\n",
    "  },\n",
    "  \"language_info\": {\n",
    "   \"name\": \"python\",\n",
    "   \"version\": \"3.10.0\"\n",
    "  }\n",
    " },\n",
    " \"nbformat\": 4,\n",
    " \"nbformat_minor\": 4\n",
    "}"
   ]
  }
 ],
 "metadata": {
  "language_info": {
   "name": "python"
  }
 },
 "nbformat": 4,
 "nbformat_minor": 5
}
