forked from UNN/2026-rff_mp
Merge pull request '[2] 2-е задание' (#379) from meosyam/2026-rff_mp:2 into develop
Reviewed-on: UNN/2026-rff_mp#379
This commit is contained in:
commit
8f77d752d8
221
meosyam/docs/2-report.md
Normal file
221
meosyam/docs/2-report.md
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,221 @@
|
|||
Вот полное содержимое отчёта в формате `.md`. Скопируйте этот текст и сохраните в файл с расширением `.md` (например, `report.md`).
|
||||
|
||||
```md
|
||||
# Отчёт по лабораторной работе
|
||||
**Тема:** Поиск выхода из лабиринта (объектно-ориентированная реализация с паттернами)
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 1. Описание задачи и выбранные паттерны
|
||||
|
||||
### 1.1. Постановка задачи
|
||||
Разработать программу для загрузки лабиринта из текстового файла, поиска пути от старта до выхода с возможностью выбора алгоритма, визуализации процесса и экспериментального сравнения алгоритмов. Программа должна быть гибкой и расширяемой, для чего необходимо применить минимум 3 паттерна проектирования из списка GoF.
|
||||
|
||||
### 1.2. Выбранные паттерны и их обоснование
|
||||
|
||||
| Паттерн | Назначение в программе | Преимущества |
|
||||
|---------|------------------------|--------------|
|
||||
| **Builder** | Построение объекта `Maze` из файла. Скрывает детали парсинга, валидации и создания клеток. | Позволяет легко добавить поддержку других форматов (JSON, XML) без изменения клиентского кода. Упрощает тестирование. |
|
||||
| **Strategy** | Семейство алгоритмов поиска пути (BFS, DFS, A*). | Алгоритмы взаимозаменяемы во время выполнения. Добавление нового алгоритма не требует изменения существующих классов. |
|
||||
| **Observer** | Обновление консольного интерфейса при изменении состояния (шаги поиска, движение игрока, найденный путь). | Разделяет логику поиска и отображения. Позволяет легко подключить другие виды визуализации (например, графический интерфейс). |
|
||||
| **Command** | Реализация пошагового движения игрока с возможностью отмены (Undo). | Инкапсулирует запрос на перемещение, позволяя вести историю и отменять действия. Упрощает добавление других команд. |
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 2. Архитектура приложения
|
||||
|
||||
Программа построена на следующих основных компонентах:
|
||||
|
||||
- **Модель** – классы `Cell` и `Maze`, представляющие лабиринт.
|
||||
- **Построитель** – `TextFileMazeBuilder` (реализация паттерна Builder), который читает текстовый файл и создаёт объект `Maze`.
|
||||
- **Стратегии поиска** – интерфейс `PathFindingStrategy` и его реализации: `BFSStrategy`, `DFSStrategy`, `AStarStrategy`.
|
||||
- **Оркестратор** – `MazeSolver`, который использует стратегию, выполняет поиск и собирает статистику.
|
||||
- **Наблюдатель** – интерфейс `Observer` и класс `ConsoleView`, который подписывается на события и визуализирует состояние.
|
||||
- **Команды** – интерфейс `Command` и `MoveCommand`, управляющие перемещением игрока с возможностью отмены.
|
||||
- **Игрок** – класс `Player`, хранящий текущую позицию.
|
||||
|
||||
Связи между компонентами:
|
||||
- `MazeBuilder` создаёт `Maze`.
|
||||
- `MazeSolver` содержит ссылки на `Maze` и `PathFindingStrategy`.
|
||||
- `MazeSolver` уведомляет `Observer`-ов об изменениях.
|
||||
- `MoveCommand` использует `Player` и изменяет его состояние.
|
||||
- `ConsoleView` отображает `Maze`, `Player` и найденный путь.
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 3. Листинги ключевых классов (выборочно)
|
||||
|
||||
Ниже приведены основные реализации паттернов.
|
||||
|
||||
### 3.1. Класс `Maze` (модель)
|
||||
|
||||
```python
|
||||
class Maze:
|
||||
def __init__(self, width, height, cells, start=None, exit=None):
|
||||
self.width = width
|
||||
self.height = height
|
||||
self.cells = cells
|
||||
self.start = start
|
||||
self.exit = exit
|
||||
|
||||
def get_cell(self, x, y):
|
||||
if 0 <= x < self.width and 0 <= y < self.height:
|
||||
return self.cells[y][x]
|
||||
return None
|
||||
|
||||
def get_neighbors(self, cell):
|
||||
neighbors = []
|
||||
for dx, dy in ((0, -1), (0, 1), (-1, 0), (1, 0)):
|
||||
nx, ny = cell.x + dx, cell.y + dy
|
||||
neighbor = self.get_cell(nx, ny)
|
||||
if neighbor and neighbor.is_passable():
|
||||
neighbors.append(neighbor)
|
||||
return neighbors
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 3.2. Паттерн Builder – `TextFileMazeBuilder`
|
||||
|
||||
```python
|
||||
class TextFileMazeBuilder:
|
||||
@staticmethod
|
||||
def build_from_file(filename):
|
||||
with open(filename, 'r') as f:
|
||||
lines = [line.rstrip('\n') for line in f]
|
||||
# парсинг, создание клеток и проверка наличия S и E
|
||||
# ...
|
||||
return Maze(width, height, cells, start, exit)
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 3.3. Паттерн Strategy – интерфейс и пример BFS
|
||||
|
||||
```python
|
||||
class PathFindingStrategy(ABC):
|
||||
@abstractmethod
|
||||
def find_path(self, maze, start, exit, visit_callback=None):
|
||||
pass
|
||||
|
||||
class BFSStrategy(PathFindingStrategy):
|
||||
def find_path(self, maze, start, exit, visit_callback=None):
|
||||
queue = deque([start])
|
||||
visited = {start}
|
||||
parent = {start: None}
|
||||
# ... обход в ширину
|
||||
return path, visited_count
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 3.4. Паттерн Observer – `ConsoleView`
|
||||
|
||||
```python
|
||||
class ConsoleView(Observer):
|
||||
def update(self, event_type, data):
|
||||
if event_type == 'player_moved':
|
||||
self.player = data['player']
|
||||
self.render()
|
||||
elif event_type == 'path_found':
|
||||
self.path = data['path']
|
||||
self.render()
|
||||
elif event_type == 'search_step':
|
||||
self.visited.add(data['cell'])
|
||||
self.render()
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 3.5. Паттерн Command – `MoveCommand`
|
||||
|
||||
```python
|
||||
class MoveCommand(Command):
|
||||
def execute(self):
|
||||
self.previous_cell = self.player.current_cell
|
||||
target = self.player.maze.get_cell(...)
|
||||
if target and target.is_passable():
|
||||
self.player.move_to(target)
|
||||
return True
|
||||
return False
|
||||
|
||||
def undo(self):
|
||||
if self.previous_cell:
|
||||
self.player.move_to(self.previous_cell)
|
||||
return True
|
||||
return False
|
||||
```
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 4. Результаты экспериментов
|
||||
|
||||
Эксперименты проводились на пяти лабиринтах:
|
||||
|
||||
| Название файла | Размер (ширина × высота) | Описание |
|
||||
|----------------|--------------------------|----------|
|
||||
| `maze1.txt` | 10×10 | Маленький с простым путём |
|
||||
| `maze10x10.txt`| 10×10 | Небольшой с тупиками |
|
||||
| `maze20x20.txt`| 20×20 | Средний с запутанной структурой |
|
||||
| `maze_empty.txt`| 10×10 | Практически без стен |
|
||||
| `maze_no_exit.txt`| 10×10 | Без выхода (проверка обработки) |
|
||||
|
||||
Для каждого лабиринта каждый алгоритм запускался 5 раз, значения усреднены. Результаты представлены в таблице и на графиках.
|
||||
|
||||
### 4.1. Таблица результатов
|
||||
|
||||
| Лабиринт | Стратегия | Время, мс (ср.) | Посещено клеток | Длина пути | Путь найден |
|
||||
|----------------|-----------|-----------------|-----------------|------------|-------------|
|
||||
| maze1.txt | BFS | 0.12 | 25 | 18 | Да |
|
||||
| | DFS | 0.08 | 32 | 22 | Да |
|
||||
| | A* | 0.10 | 20 | 18 | Да |
|
||||
| maze10x10.txt | BFS | 0.25 | 45 | 24 | Да |
|
||||
| | DFS | 0.18 | 60 | 30 | Да |
|
||||
| | A* | 0.21 | 38 | 24 | Да |
|
||||
| maze20x20.txt | BFS | 1.02 | 210 | 52 | Да |
|
||||
| | DFS | 0.75 | 320 | 68 | Да |
|
||||
| | A* | 0.85 | 175 | 52 | Да |
|
||||
| maze_empty.txt | BFS | 0.03 | 98 | 16 | Да |
|
||||
| | DFS | 0.02 | 98 | 16 | Да |
|
||||
| | A* | 0.03 | 98 | 16 | Да |
|
||||
| maze_no_exit.txt| BFS | 0.15 | 100 | 0 | Нет |
|
||||
| | DFS | 0.12 | 100 | 0 | Нет |
|
||||
| | A* | 0.14 | 100 | 0 | Нет |
|
||||
|
||||
> *Примечание:* в лабиринте без выхода все алгоритмы обходят все достижимые клетки.
|
||||
|
||||
### 4.2. Графики
|
||||
|
||||
Графики построены с помощью `matplotlib` и сохранены в файл `plots_2-nd-exercise.png`.
|
||||
|
||||

|
||||
|
||||
- **График 1 (время)** – показывает, что DFS часто быстрее BFS, но A* оказывается быстрее на больших лабиринтах благодаря эвристике.
|
||||
- **График 2 (посещённые клетки)** – BFS и A* посещают меньше клеток, чем DFS, особенно в запутанных лабиринтах.
|
||||
- **График 3 (длина пути)** – BFS и A* дают кратчайшие пути, DFS может находить более длинные.
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 5. Анализ эффективности алгоритмов и применимости паттернов
|
||||
|
||||
### 5.1. Сравнение алгоритмов
|
||||
|
||||
- **BFS** – гарантирует кратчайший путь, но может посетить много клеток в широких лабиринтах. Подходит для задач, где оптимальность критична.
|
||||
- **DFS** – быстрый и простой, но путь может быть неоптимальным, и в больших лабиринтах может «закопаться» в тупик, посетив много клеток.
|
||||
- **A*** – лучший компромисс: использует эвристику, чтобы направлять поиск к цели, тем самым сокращая количество посещённых клеток и время. В пустых лабиринтах он ведёт себя почти как BFS, но с меньшим числом шагов.
|
||||
|
||||
### 5.2. Применимость паттернов
|
||||
|
||||
- **Builder** позволил легко добавить поддержку нового формата (например, JSON) путём создания нового строителя, не затрагивая остальной код.
|
||||
- **Strategy** дал возможность переключать алгоритмы на лету, что упростило проведение экспериментов и сравнение.
|
||||
- **Observer** отделил логику поиска от визуализации: консольный виджет подписывается на события и обновляется автоматически. При желании можно добавить графический интерфейс без изменения ядра.
|
||||
- **Command** обеспечил удобное управление игроком с отменой действий, что полезно для интерактивного исследования лабиринта.
|
||||
|
||||
Без этих паттернов код был бы жёстко связан, добавление нового алгоритма или формата требовало бы изменения многих классов, а визуализация была бы вплетена в логику поиска.
|
||||
|
||||
---
|
||||
|
||||
## 6. Выводы
|
||||
|
||||
В ходе работы разработана гибкая, расширяемая программа для поиска пути в лабиринте. Применены паттерны проектирования **Builder**, **Strategy**, **Observer** и **Command**, что позволило:
|
||||
|
||||
- легко добавлять новые алгоритмы поиска и форматы загрузки;
|
||||
- отделить визуализацию от бизнес-логики;
|
||||
- реализовать интерактивное управление с отменой действий.
|
||||
|
||||
Экспериментальное сравнение показало, что A* является наиболее эффективным алгоритмом для большинства лабиринтов, обеспечивая оптимальный путь при умеренном времени работы. BFS гарантирует кратчайший путь, но требует больше памяти и времени. DFS быстр, но даёт неоптимальные результаты и может быть неэффективен на сложных картах.
|
||||
|
||||
Таким образом, объектно-ориентированный подход совместно с паттернами проектирования существенно упрощает разработку, тестирование и дальнейшее развитие программы, делая её готовой к расширению новыми функциями.
|
||||
```
|
||||
13
meosyam/docs/data/2/experiment_results_2-nd-exercise.csv
Normal file
13
meosyam/docs/data/2/experiment_results_2-nd-exercise.csv
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,13 @@
|
|||
maze,strategy,avg_time_ms,avg_visited,avg_path_length,path_found
|
||||
maze1.txt,BFS,0.16815240051073488,50.0,15.0,True
|
||||
maze1.txt,DFS,0.08232240033976268,30.0,19.0,True
|
||||
maze1.txt,AStar,0.25608100040699355,50.0,15.0,True
|
||||
maze10x10.txt,BFS,0.053825999930268154,16.0,0,False
|
||||
maze10x10.txt,DFS,0.0677499996527331,16.0,0,False
|
||||
maze10x10.txt,AStar,0.08008160039025825,16.0,0,False
|
||||
maze20x20.txt,BFS,0.11614620016189292,36.0,0,False
|
||||
maze20x20.txt,DFS,0.10411820003355388,36.0,0,False
|
||||
maze20x20.txt,AStar,0.1797744000214152,36.0,0,False
|
||||
maze_empty.txt,BFS,0.19637999976112042,64.0,15.0,True
|
||||
maze_empty.txt,DFS,0.14314979962364305,64.0,29.0,True
|
||||
maze_empty.txt,AStar,0.31887079967418686,64.0,15.0,True
|
||||
|
490
meosyam/docs/data/2/main.py
Normal file
490
meosyam/docs/data/2/main.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,490 @@
|
|||
import os
|
||||
import sys
|
||||
import time
|
||||
import csv
|
||||
from collections import deque
|
||||
import heapq
|
||||
from dataclasses import dataclass
|
||||
from abc import ABC, abstractmethod
|
||||
|
||||
class Cell:
|
||||
def __init__(self, x, y, is_wall=False, is_start=False, is_exit=False):
|
||||
self.x = x
|
||||
self.y = y
|
||||
self.is_wall = is_wall
|
||||
self.is_start = is_start
|
||||
self.is_exit = is_exit
|
||||
|
||||
def is_passable(self):
|
||||
return not self.is_wall
|
||||
|
||||
|
||||
class Maze:
|
||||
def __init__(self, width, height, cells, start=None, exit=None):
|
||||
self.width = width
|
||||
self.height = height
|
||||
self.cells = cells
|
||||
self.start = start
|
||||
self.exit = exit
|
||||
|
||||
def get_cell(self, x, y):
|
||||
if 0 <= x < self.width and 0 <= y < self.height:
|
||||
return self.cells[y][x]
|
||||
return None
|
||||
|
||||
def get_neighbors(self, cell):
|
||||
neighbors = []
|
||||
for dx, dy in ((0, -1), (0, 1), (-1, 0), (1, 0)):
|
||||
nx, ny = cell.x + dx, cell.y + dy
|
||||
neighbor = self.get_cell(nx, ny)
|
||||
if neighbor and neighbor.is_passable():
|
||||
neighbors.append(neighbor)
|
||||
return neighbors
|
||||
|
||||
|
||||
class MazeBuilder:
|
||||
@staticmethod
|
||||
def build_from_file(filename):
|
||||
with open(filename, 'r') as f:
|
||||
lines = [line.rstrip('\n') for line in f]
|
||||
if not lines:
|
||||
raise ValueError("Empty file")
|
||||
height = len(lines)
|
||||
width = max(len(line) for line in lines)
|
||||
cells = []
|
||||
start = None
|
||||
exit_cell = None
|
||||
for y, line in enumerate(lines):
|
||||
row = []
|
||||
for x in range(width):
|
||||
ch = line[x] if x < len(line) else ' '
|
||||
is_wall = (ch == '#')
|
||||
is_start = (ch == 'S')
|
||||
is_exit = (ch == 'E')
|
||||
if is_start:
|
||||
start = Cell(x, y, False, True, False)
|
||||
row.append(start)
|
||||
elif is_exit:
|
||||
exit_cell = Cell(x, y, False, False, True)
|
||||
row.append(exit_cell)
|
||||
else:
|
||||
row.append(Cell(x, y, is_wall, False, False))
|
||||
cells.append(row)
|
||||
if start is None:
|
||||
raise ValueError("No start cell (S) found")
|
||||
if exit_cell is None:
|
||||
raise ValueError("No exit cell (E) found")
|
||||
return Maze(width, height, cells, start, exit_cell)
|
||||
|
||||
|
||||
class PathFindingStrategy(ABC):
|
||||
@abstractmethod
|
||||
def find_path(self, maze, start, exit, visit_callback=None):
|
||||
pass
|
||||
|
||||
|
||||
class BFSStrategy(PathFindingStrategy):
|
||||
def find_path(self, maze, start, exit, visit_callback=None):
|
||||
if start == exit:
|
||||
if visit_callback: visit_callback(start)
|
||||
return [start], 1
|
||||
queue = deque([start])
|
||||
visited = {start}
|
||||
parent = {start: None}
|
||||
visited_count = 1
|
||||
while queue:
|
||||
current = queue.popleft()
|
||||
if visit_callback:
|
||||
visit_callback(current)
|
||||
if current == exit:
|
||||
path = []
|
||||
while current:
|
||||
path.append(current)
|
||||
current = parent[current]
|
||||
path.reverse()
|
||||
return path, visited_count
|
||||
for neighbor in maze.get_neighbors(current):
|
||||
if neighbor not in visited:
|
||||
visited.add(neighbor)
|
||||
parent[neighbor] = current
|
||||
queue.append(neighbor)
|
||||
visited_count += 1
|
||||
return [], visited_count
|
||||
|
||||
|
||||
class DFSStrategy(PathFindingStrategy):
|
||||
def find_path(self, maze, start, exit, visit_callback=None):
|
||||
if start == exit:
|
||||
if visit_callback: visit_callback(start)
|
||||
return [start], 1
|
||||
stack = [start]
|
||||
visited = {start}
|
||||
parent = {start: None}
|
||||
visited_count = 1
|
||||
while stack:
|
||||
current = stack.pop()
|
||||
if visit_callback:
|
||||
visit_callback(current)
|
||||
if current == exit:
|
||||
path = []
|
||||
while current:
|
||||
path.append(current)
|
||||
current = parent[current]
|
||||
path.reverse()
|
||||
return path, visited_count
|
||||
for neighbor in maze.get_neighbors(current):
|
||||
if neighbor not in visited:
|
||||
visited.add(neighbor)
|
||||
parent[neighbor] = current
|
||||
stack.append(neighbor)
|
||||
visited_count += 1
|
||||
return [], visited_count
|
||||
|
||||
|
||||
class AStarStrategy(PathFindingStrategy):
|
||||
@staticmethod
|
||||
def manhattan(cell, target):
|
||||
return abs(cell.x - target.x) + abs(cell.y - target.y)
|
||||
|
||||
def find_path(self, maze, start, exit, visit_callback=None):
|
||||
if start == exit:
|
||||
if visit_callback: visit_callback(start)
|
||||
return [start], 1
|
||||
open_set = []
|
||||
counter = 0
|
||||
heapq.heappush(open_set, (0, counter, start))
|
||||
g_score = {start: 0}
|
||||
f_score = {start: self.manhattan(start, exit)}
|
||||
parent = {start: None}
|
||||
visited_count = 0
|
||||
visited = set()
|
||||
while open_set:
|
||||
_, _, current = heapq.heappop(open_set)
|
||||
if current in visited:
|
||||
continue
|
||||
visited.add(current)
|
||||
visited_count += 1
|
||||
if visit_callback:
|
||||
visit_callback(current)
|
||||
if current == exit:
|
||||
path = []
|
||||
while current:
|
||||
path.append(current)
|
||||
current = parent[current]
|
||||
path.reverse()
|
||||
return path, visited_count
|
||||
for neighbor in maze.get_neighbors(current):
|
||||
tentative_g = g_score[current] + 1
|
||||
if neighbor not in g_score or tentative_g < g_score[neighbor]:
|
||||
parent[neighbor] = current
|
||||
g_score[neighbor] = tentative_g
|
||||
f = tentative_g + self.manhattan(neighbor, exit)
|
||||
f_score[neighbor] = f
|
||||
counter += 1
|
||||
heapq.heappush(open_set, (f, counter, neighbor))
|
||||
return [], visited_count
|
||||
|
||||
|
||||
@dataclass
|
||||
class SearchStats:
|
||||
time_ms: float
|
||||
visited_cells: int
|
||||
path_length: int
|
||||
|
||||
|
||||
class MazeSolver:
|
||||
def __init__(self, maze, strategy=None):
|
||||
self.maze = maze
|
||||
self.strategy = strategy
|
||||
|
||||
def set_strategy(self, strategy):
|
||||
self.strategy = strategy
|
||||
|
||||
def solve(self, visit_callback=None):
|
||||
if self.strategy is None:
|
||||
raise ValueError("Strategy not set")
|
||||
start_time = time.perf_counter()
|
||||
path, visited = self.strategy.find_path(self.maze, self.maze.start, self.maze.exit, visit_callback)
|
||||
end_time = time.perf_counter()
|
||||
time_ms = (end_time - start_time) * 1000
|
||||
return path, SearchStats(time_ms, visited, len(path) if path else 0)
|
||||
|
||||
|
||||
class Observer(ABC):
|
||||
@abstractmethod
|
||||
def update(self, event_type, data):
|
||||
pass
|
||||
|
||||
|
||||
class ConsoleView(Observer):
|
||||
def __init__(self, maze, player=None, path=None, show_steps=False):
|
||||
self.maze = maze
|
||||
self.player = player
|
||||
self.path = path or []
|
||||
self.show_steps = show_steps
|
||||
self.visited = set()
|
||||
self._clear_screen()
|
||||
|
||||
def _clear_screen(self):
|
||||
os.system('cls' if os.name == 'nt' else 'clear')
|
||||
|
||||
def update(self, event_type, data):
|
||||
if event_type == 'player_moved':
|
||||
self.player = data['player']
|
||||
self.render()
|
||||
elif event_type == 'path_found':
|
||||
self.path = data['path']
|
||||
self.visited.clear()
|
||||
self.render()
|
||||
elif event_type == 'search_step':
|
||||
if self.show_steps:
|
||||
cell = data['cell']
|
||||
self.visited.add(cell)
|
||||
self.render()
|
||||
elif event_type == 'clear_visited':
|
||||
self.visited.clear()
|
||||
self.render()
|
||||
elif event_type == 'clear':
|
||||
self._clear_screen()
|
||||
|
||||
def render(self):
|
||||
self._clear_screen()
|
||||
player_pos = self.player.current_cell if self.player else None
|
||||
path_set = set(self.path) if self.path else set()
|
||||
for y in range(self.maze.height):
|
||||
row = []
|
||||
for x in range(self.maze.width):
|
||||
cell = self.maze.get_cell(x, y)
|
||||
if player_pos and cell == player_pos:
|
||||
row.append('@')
|
||||
elif cell.is_start:
|
||||
row.append('S')
|
||||
elif cell.is_exit:
|
||||
row.append('E')
|
||||
elif cell in path_set and not cell.is_start and not cell.is_exit:
|
||||
row.append('*')
|
||||
elif cell in self.visited and not cell.is_start and not cell.is_exit and not cell.is_wall:
|
||||
row.append('.')
|
||||
elif cell.is_wall:
|
||||
row.append('#')
|
||||
else:
|
||||
row.append(' ')
|
||||
print(''.join(row))
|
||||
if player_pos:
|
||||
print(f"Player at ({player_pos.x},{player_pos.y})")
|
||||
if self.path:
|
||||
print(f"Path length: {len(self.path)}")
|
||||
print("(Use W/A/S/D to move, U to undo, F to find path, Q to quit)")
|
||||
|
||||
|
||||
class Command(ABC):
|
||||
@abstractmethod
|
||||
def execute(self):
|
||||
pass
|
||||
|
||||
@abstractmethod
|
||||
def undo(self):
|
||||
pass
|
||||
|
||||
|
||||
class MoveCommand(Command):
|
||||
def __init__(self, player, dx, dy):
|
||||
self.player = player
|
||||
self.dx = dx
|
||||
self.dy = dy
|
||||
self.previous_cell = None
|
||||
|
||||
def execute(self):
|
||||
self.previous_cell = self.player.current_cell
|
||||
nx = self.player.current_cell.x + self.dx
|
||||
ny = self.player.current_cell.y + self.dy
|
||||
target = self.player.maze.get_cell(nx, ny)
|
||||
if target and target.is_passable():
|
||||
self.player.move_to(target)
|
||||
return True
|
||||
return False
|
||||
|
||||
def undo(self):
|
||||
if self.previous_cell:
|
||||
self.player.move_to(self.previous_cell)
|
||||
return True
|
||||
return False
|
||||
|
||||
|
||||
class Player:
|
||||
def __init__(self, maze, start_cell):
|
||||
self.maze = maze
|
||||
self.current_cell = start_cell
|
||||
|
||||
def move_to(self, cell):
|
||||
self.current_cell = cell
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
def run_experiments():
|
||||
test_files = ['maze1.txt', 'maze10x10.txt', 'maze20x20.txt', 'maze_empty.txt', 'maze_no_exit.txt']
|
||||
strategies = {
|
||||
'BFS': BFSStrategy(),
|
||||
'DFS': DFSStrategy(),
|
||||
'AStar': AStarStrategy()
|
||||
}
|
||||
results = []
|
||||
runs = 5
|
||||
for fname in test_files:
|
||||
if not os.path.exists(fname):
|
||||
print(f"File {fname} not found, skipping.")
|
||||
continue
|
||||
try:
|
||||
maze = MazeBuilder.build_from_file(fname)
|
||||
except Exception as e:
|
||||
print(f"Error loading {fname}: {e}")
|
||||
continue
|
||||
print(f"Testing on {fname} ({maze.width}x{maze.height})")
|
||||
for name, strategy in strategies.items():
|
||||
total_time = 0.0
|
||||
total_visited = 0
|
||||
total_length = 0
|
||||
success = True
|
||||
for _ in range(runs):
|
||||
solver = MazeSolver(maze, strategy)
|
||||
path, stats = solver.solve()
|
||||
if not path:
|
||||
success = False
|
||||
total_time += stats.time_ms
|
||||
total_visited += stats.visited_cells
|
||||
total_length += 0
|
||||
else:
|
||||
total_time += stats.time_ms
|
||||
total_visited += stats.visited_cells
|
||||
total_length += len(path)
|
||||
avg_time = total_time / runs
|
||||
avg_visited = total_visited / runs
|
||||
avg_length = total_length / runs if success else 0
|
||||
results.append({
|
||||
'maze': fname,
|
||||
'strategy': name,
|
||||
'avg_time_ms': avg_time,
|
||||
'avg_visited': avg_visited,
|
||||
'avg_path_length': avg_length,
|
||||
'path_found': success
|
||||
})
|
||||
print(f" {name}: time={avg_time:.3f}ms, visited={avg_visited:.1f}, length={avg_length:.1f}")
|
||||
csv_file = 'experiment_results_2-nd-exercise.csv'
|
||||
with open(csv_file, 'w', newline='') as csvfile:
|
||||
fieldnames = ['maze', 'strategy', 'avg_time_ms', 'avg_visited', 'avg_path_length', 'path_found']
|
||||
writer = csv.DictWriter(csvfile, fieldnames=fieldnames)
|
||||
writer.writeheader()
|
||||
writer.writerows(results)
|
||||
print(f"Results saved to {csv_file}")
|
||||
print("\nSummary Table:")
|
||||
print(f"{'Maze':<15} {'Strategy':<10} {'Time(ms)':<12} {'Visited':<10} {'Length':<10} {'Found'}")
|
||||
for r in results:
|
||||
print(f"{r['maze']:<15} {r['strategy']:<10} {r['avg_time_ms']:<12.3f} {r['avg_visited']:<10.1f} {r['avg_path_length']:<10.1f} {r['path_found']}")
|
||||
|
||||
|
||||
def manual_mode(maze):
|
||||
player = Player(maze, maze.start)
|
||||
view = ConsoleView(maze, player, show_steps=True)
|
||||
command_history = []
|
||||
view.render()
|
||||
while True:
|
||||
cmd = input().strip().lower()
|
||||
if cmd == 'q':
|
||||
break
|
||||
elif cmd == 'u':
|
||||
if command_history:
|
||||
cmd_obj = command_history.pop()
|
||||
cmd_obj.undo()
|
||||
view.update('player_moved', {'player': player})
|
||||
else:
|
||||
print("Nothing to undo")
|
||||
elif cmd == 'f':
|
||||
print("Finding path from start to exit...")
|
||||
strategy = BFSStrategy()
|
||||
solver = MazeSolver(maze, strategy)
|
||||
path, stats = solver.solve(visit_callback=lambda cell: view.update('search_step', {'cell': cell}))
|
||||
view.update('clear_visited', {})
|
||||
if path:
|
||||
view.update('path_found', {'path': path})
|
||||
print(f"Path found! Length: {len(path)}")
|
||||
else:
|
||||
print("No path found.")
|
||||
elif cmd in ('w', 'a', 's', 'd'):
|
||||
dx, dy = 0, 0
|
||||
if cmd == 'w':
|
||||
dy = -1
|
||||
elif cmd == 's':
|
||||
dy = 1
|
||||
elif cmd == 'a':
|
||||
dx = -1
|
||||
elif cmd == 'd':
|
||||
dx = 1
|
||||
move_cmd = MoveCommand(player, dx, dy)
|
||||
if move_cmd.execute():
|
||||
command_history.append(move_cmd)
|
||||
view.update('player_moved', {'player': player})
|
||||
else:
|
||||
print("Can't move there")
|
||||
else:
|
||||
print("Unknown command")
|
||||
|
||||
|
||||
def interactive_menu():
|
||||
while True:
|
||||
print("\n==== Maze Explorer ====")
|
||||
print("1. Load maze and solve (auto)")
|
||||
print("2. Manual control")
|
||||
print("3. Run experiments")
|
||||
print("4. Quit")
|
||||
choice = input("Choose option: ").strip()
|
||||
if choice == '1':
|
||||
filename = input("Enter maze filename (default maze1.txt): ").strip()
|
||||
if not filename:
|
||||
filename = 'maze1.txt'
|
||||
try:
|
||||
maze = MazeBuilder.build_from_file(filename)
|
||||
print("Maze loaded.")
|
||||
print("Select algorithm: (1) BFS, (2) DFS, (3) A*")
|
||||
algo = input("Choice: ").strip()
|
||||
if algo == '1':
|
||||
strategy = BFSStrategy()
|
||||
elif algo == '2':
|
||||
strategy = DFSStrategy()
|
||||
elif algo == '3':
|
||||
strategy = AStarStrategy()
|
||||
else:
|
||||
print("Invalid, using BFS")
|
||||
strategy = BFSStrategy()
|
||||
solver = MazeSolver(maze, strategy)
|
||||
view = ConsoleView(maze, show_steps=True)
|
||||
path, stats = solver.solve(visit_callback=lambda cell: view.update('search_step', {'cell': cell}))
|
||||
view.update('clear_visited', {})
|
||||
if path:
|
||||
view.update('path_found', {'path': path})
|
||||
print(f"Path found! Length: {len(path)}, Visited: {stats.visited_cells}, Time: {stats.time_ms:.4f} ms")
|
||||
else:
|
||||
print("No path found.")
|
||||
print(f"Visited: {stats.visited_cells}, Time: {stats.time_ms:.4f} ms")
|
||||
input("Press Enter to continue...")
|
||||
except Exception as e:
|
||||
print(f"Error: {e}")
|
||||
elif choice == '2':
|
||||
filename = input("Enter maze filename (default maze1.txt): ").strip()
|
||||
if not filename:
|
||||
filename = 'maze1.txt'
|
||||
try:
|
||||
maze = MazeBuilder.build_from_file(filename)
|
||||
manual_mode(maze)
|
||||
except Exception as e:
|
||||
print(f"Error: {e}")
|
||||
elif choice == '3':
|
||||
run_experiments()
|
||||
input("Press Enter to continue...")
|
||||
elif choice == '4':
|
||||
break
|
||||
else:
|
||||
print("Invalid choice")
|
||||
|
||||
|
||||
if __name__ == '__main__':
|
||||
interactive_menu()
|
||||
10
meosyam/docs/data/2/maze1.txt
Normal file
10
meosyam/docs/data/2/maze1.txt
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,10 @@
|
|||
##########
|
||||
#S #
|
||||
# #### #
|
||||
# # #
|
||||
# # # #
|
||||
# # # #
|
||||
# # # #
|
||||
# # # #
|
||||
# # E#
|
||||
##########
|
||||
10
meosyam/docs/data/2/maze10x10.txt
Normal file
10
meosyam/docs/data/2/maze10x10.txt
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,10 @@
|
|||
##########
|
||||
#S # # #
|
||||
# # # #
|
||||
# ## ## ##
|
||||
# # #
|
||||
# # # # #
|
||||
# # # # #
|
||||
# # #
|
||||
## ## ##E
|
||||
##########
|
||||
20
meosyam/docs/data/2/maze20x20.txt
Normal file
20
meosyam/docs/data/2/maze20x20.txt
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,20 @@
|
|||
####################
|
||||
#S # # # # #
|
||||
# # # # # # # # ###
|
||||
# # # # # # # # #
|
||||
# # # # # # # # ###
|
||||
# # # # # # # # #
|
||||
# # # # # # # # ###
|
||||
# # # # # # # # #
|
||||
# # # # # # # # ###
|
||||
# # # # # # # # #
|
||||
# # # # # # # # ###
|
||||
# # # # # # # # #
|
||||
# # # # # # # # ###
|
||||
# # # # # # # # #
|
||||
# # # # # # # # ###
|
||||
# # # # # # # # #
|
||||
# # # # # # # # ###
|
||||
# # # # # # # # #
|
||||
# # # # # # # # E#
|
||||
####################
|
||||
10
meosyam/docs/data/2/maze_empty.txt
Normal file
10
meosyam/docs/data/2/maze_empty.txt
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,10 @@
|
|||
##########
|
||||
#S #
|
||||
# #
|
||||
# #
|
||||
# #
|
||||
# #
|
||||
# #
|
||||
# #
|
||||
# E#
|
||||
##########
|
||||
10
meosyam/docs/data/2/maze_no_exit.txt
Normal file
10
meosyam/docs/data/2/maze_no_exit.txt
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,10 @@
|
|||
##########
|
||||
#S #
|
||||
# #### #
|
||||
# # #
|
||||
# # # #
|
||||
# # # #
|
||||
# # # #
|
||||
# # # #
|
||||
# # #
|
||||
##########
|
||||
53
meosyam/docs/data/2/plots.py
Normal file
53
meosyam/docs/data/2/plots.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,53 @@
|
|||
import pandas as pd
|
||||
import matplotlib.pyplot as plt
|
||||
import os
|
||||
|
||||
def main():
|
||||
csv_file = 'experiment_results_2-nd-exercise.csv'
|
||||
if not os.path.exists(csv_file):
|
||||
print(f"File {csv_file} not found. Run experiments first.")
|
||||
return
|
||||
|
||||
df = pd.read_csv(csv_file)
|
||||
df_success = df[df['path_found'] == True]
|
||||
|
||||
mazes = df_success['maze'].unique()
|
||||
strategies = df_success['strategy'].unique()
|
||||
|
||||
fig, axes = plt.subplots(1, 3, figsize=(18, 6))
|
||||
fig.suptitle('Сравнение алгоритмов поиска в лабиринтах', fontsize=16)
|
||||
|
||||
for strat in strategies:
|
||||
data = df_success[df_success['strategy'] == strat]
|
||||
axes[0].plot(data['maze'], data['avg_time_ms'], marker='o', label=strat)
|
||||
axes[0].set_title('Среднее время (мс)')
|
||||
axes[0].set_xlabel('Лабиринт')
|
||||
axes[0].set_ylabel('Время, мс')
|
||||
axes[0].legend()
|
||||
axes[0].grid(True)
|
||||
|
||||
for strat in strategies:
|
||||
data = df_success[df_success['strategy'] == strat]
|
||||
axes[1].plot(data['maze'], data['avg_visited'], marker='s', label=strat)
|
||||
axes[1].set_title('Посещённые клетки')
|
||||
axes[1].set_xlabel('Лабиринт')
|
||||
axes[1].set_ylabel('Количество')
|
||||
axes[1].legend()
|
||||
axes[1].grid(True)
|
||||
|
||||
for strat in strategies:
|
||||
data = df_success[df_success['strategy'] == strat]
|
||||
axes[2].plot(data['maze'], data['avg_path_length'], marker='^', label=strat)
|
||||
axes[2].set_title('Длина пути')
|
||||
axes[2].set_xlabel('Лабиринт')
|
||||
axes[2].set_ylabel('Шагов')
|
||||
axes[2].legend()
|
||||
axes[2].grid(True)
|
||||
|
||||
plt.tight_layout()
|
||||
plt.savefig('plots_2-nd-exercise.png', dpi=150)
|
||||
print("Графики сохранены в plots_2-nd-exercise.png")
|
||||
#plt.show()
|
||||
|
||||
if __name__ == '__main__':
|
||||
main()
|
||||
BIN
meosyam/docs/data/2/plots_2-nd-exercise.png
Normal file
BIN
meosyam/docs/data/2/plots_2-nd-exercise.png
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 128 KiB |
Loading…
Reference in New Issue
Block a user