Compare commits
1 Commits
develop
...
task2-maze
| Author | SHA1 | Date | |
|---|---|---|---|
| 8db73d9d66 |
0
starikovta/docs/task2/report.md
Normal file
0
starikovta/docs/task2/report.md
Normal file
12
starikovta/maze.txt
Normal file
12
starikovta/maze.txt
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,12 @@
|
||||||
|
###########
|
||||||
|
S #
|
||||||
|
# ####### #
|
||||||
|
# # # #
|
||||||
|
# # ### # #
|
||||||
|
# # # # #
|
||||||
|
# ### # # #
|
||||||
|
# # #
|
||||||
|
####### # #
|
||||||
|
# E
|
||||||
|
###########
|
||||||
|
|
||||||
4
starikovta/maze_results.csv
Normal file
4
starikovta/maze_results.csv
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,4 @@
|
||||||
|
Стратегия,Время(мс),Посещено клеток,Длина пути,Путь найден
|
||||||
|
BFS,0.16149994917213917,31,31,True
|
||||||
|
DFS,0.17100002150982618,31,31,True
|
||||||
|
A*,0.3127999370917678,31,31,True
|
||||||
|
444
starikovta/maze_solver.py
Normal file
444
starikovta/maze_solver.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,444 @@
|
||||||
|
import time
|
||||||
|
import csv
|
||||||
|
import os
|
||||||
|
from collections import deque
|
||||||
|
import heapq
|
||||||
|
from abc import ABC, abstractmethod
|
||||||
|
|
||||||
|
# ========== ЭТАП 1: МОДЕЛЬ ЛАБИРИНТА ==========
|
||||||
|
|
||||||
|
class Cell:
|
||||||
|
"""Клетка лабиринта"""
|
||||||
|
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:
|
||||||
|
"""Лабиринт: сетка клеток + старт + выход"""
|
||||||
|
def __init__(self, width, height):
|
||||||
|
self.width = width
|
||||||
|
self.height = height
|
||||||
|
self.grid = [[Cell(x, y) for x in range(width)] for y in range(height)]
|
||||||
|
self.start = None
|
||||||
|
self.exit = None
|
||||||
|
|
||||||
|
def get_cell(self, x, y):
|
||||||
|
if 0 <= x < self.width and 0 <= y < self.height:
|
||||||
|
return self.grid[y][x]
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
|
||||||
|
def get_neighbors(self, cell):
|
||||||
|
"""Возвращает список проходимых соседей (вверх, вниз, влево, вправо)"""
|
||||||
|
neighbors = []
|
||||||
|
directions = [(0, -1), (0, 1), (-1, 0), (1, 0)] # вверх, вниз, влево, вправо
|
||||||
|
|
||||||
|
for dx, dy in directions:
|
||||||
|
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
|
||||||
|
|
||||||
|
def set_cell(self, x, y, cell):
|
||||||
|
if 0 <= x < self.width and 0 <= y < self.height:
|
||||||
|
self.grid[y][x] = cell
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
# ========== ЭТАП 2: ПАТТЕРН BUILDER ==========
|
||||||
|
|
||||||
|
class MazeBuilder(ABC):
|
||||||
|
"""Интерфейс строителя лабиринта"""
|
||||||
|
@abstractmethod
|
||||||
|
def build_from_file(self, filename):
|
||||||
|
pass
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class TextFileMazeBuilder(MazeBuilder):
|
||||||
|
"""Загружает лабиринт из текстового файла"""
|
||||||
|
|
||||||
|
def build_from_file(self, filename):
|
||||||
|
with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as f:
|
||||||
|
lines = f.readlines()
|
||||||
|
|
||||||
|
# Убираем лишние пробелы и переносы строк
|
||||||
|
lines = [line.rstrip('\n\r') for line in lines]
|
||||||
|
|
||||||
|
height = len(lines)
|
||||||
|
width = len(lines[0]) if height > 0 else 0
|
||||||
|
|
||||||
|
maze = Maze(width, height)
|
||||||
|
start = None
|
||||||
|
exit_cell = None
|
||||||
|
|
||||||
|
for y, line in enumerate(lines):
|
||||||
|
for x, ch in enumerate(line):
|
||||||
|
if ch == '#':
|
||||||
|
cell = Cell(x, y, is_wall=True)
|
||||||
|
elif ch == 'S':
|
||||||
|
cell = Cell(x, y, is_start=True)
|
||||||
|
start = cell
|
||||||
|
elif ch == 'E':
|
||||||
|
cell = Cell(x, y, is_exit=True)
|
||||||
|
exit_cell = cell
|
||||||
|
else: # пробел или '.' — проход
|
||||||
|
cell = Cell(x, y, is_wall=False)
|
||||||
|
|
||||||
|
maze.set_cell(x, y, cell)
|
||||||
|
|
||||||
|
maze.start = start
|
||||||
|
maze.exit = exit_cell
|
||||||
|
|
||||||
|
# Валидация: проверяем, что есть и старт, и выход
|
||||||
|
if maze.start is None or maze.exit is None:
|
||||||
|
raise ValueError("В лабиринте должны быть S (старт) и E (выход)")
|
||||||
|
|
||||||
|
return maze
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
# ========== ЭТАП 3: ПАТТЕРН STRATEGY ==========
|
||||||
|
|
||||||
|
class PathFindingStrategy(ABC):
|
||||||
|
"""Интерфейс стратегии поиска пути"""
|
||||||
|
@abstractmethod
|
||||||
|
def find_path(self, maze, start, exit_cell):
|
||||||
|
pass
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def reconstruct_path(parents, start, exit_cell):
|
||||||
|
"""Восстанавливает путь от выхода до старта"""
|
||||||
|
path = []
|
||||||
|
current = exit_cell
|
||||||
|
while current != start:
|
||||||
|
path.append(current)
|
||||||
|
current = parents.get((current.x, current.y))
|
||||||
|
if current is None:
|
||||||
|
return []
|
||||||
|
path.append(start)
|
||||||
|
path.reverse()
|
||||||
|
return path
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class BFSStrategy(PathFindingStrategy):
|
||||||
|
"""Поиск в ширину (гарантирует кратчайший путь)"""
|
||||||
|
|
||||||
|
def find_path(self, maze, start, exit_cell):
|
||||||
|
queue = deque()
|
||||||
|
queue.append(start)
|
||||||
|
visited = {(start.x, start.y)}
|
||||||
|
parents = {}
|
||||||
|
|
||||||
|
while queue:
|
||||||
|
current = queue.popleft()
|
||||||
|
|
||||||
|
if current == exit_cell:
|
||||||
|
return reconstruct_path(parents, start, exit_cell)
|
||||||
|
|
||||||
|
for neighbor in maze.get_neighbors(current):
|
||||||
|
if (neighbor.x, neighbor.y) not in visited:
|
||||||
|
visited.add((neighbor.x, neighbor.y))
|
||||||
|
parents[(neighbor.x, neighbor.y)] = current
|
||||||
|
queue.append(neighbor)
|
||||||
|
|
||||||
|
return [] # Путь не найден
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class DFSStrategy(PathFindingStrategy):
|
||||||
|
"""Поиск в глубину (быстрый, но не гарантирует кратчайший путь)"""
|
||||||
|
|
||||||
|
def find_path(self, maze, start, exit_cell):
|
||||||
|
stack = [start]
|
||||||
|
visited = {(start.x, start.y)}
|
||||||
|
parents = {}
|
||||||
|
|
||||||
|
while stack:
|
||||||
|
current = stack.pop()
|
||||||
|
|
||||||
|
if current == exit_cell:
|
||||||
|
return reconstruct_path(parents, start, exit_cell)
|
||||||
|
|
||||||
|
for neighbor in maze.get_neighbors(current):
|
||||||
|
if (neighbor.x, neighbor.y) not in visited:
|
||||||
|
visited.add((neighbor.x, neighbor.y))
|
||||||
|
parents[(neighbor.x, neighbor.y)] = current
|
||||||
|
stack.append(neighbor)
|
||||||
|
|
||||||
|
return []
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class AStarStrategy(PathFindingStrategy):
|
||||||
|
"""A* с манхэттенской эвристикой"""
|
||||||
|
|
||||||
|
def _heuristic(self, cell, exit_cell):
|
||||||
|
"""Манхэттенское расстояние"""
|
||||||
|
return abs(cell.x - exit_cell.x) + abs(cell.y - exit_cell.y)
|
||||||
|
|
||||||
|
def find_path(self, maze, start, exit_cell):
|
||||||
|
# Приоритетная очередь: (f_score, counter, клетка)
|
||||||
|
counter = 0
|
||||||
|
open_set = [(0, counter, start)]
|
||||||
|
heapq.heapify(open_set)
|
||||||
|
|
||||||
|
came_from = {}
|
||||||
|
|
||||||
|
g_score = {(start.x, start.y): 0}
|
||||||
|
f_score = {(start.x, start.y): self._heuristic(start, exit_cell)}
|
||||||
|
|
||||||
|
while open_set:
|
||||||
|
current = heapq.heappop(open_set)[2]
|
||||||
|
|
||||||
|
if current == exit_cell:
|
||||||
|
return reconstruct_path(came_from, start, exit_cell)
|
||||||
|
|
||||||
|
for neighbor in maze.get_neighbors(current):
|
||||||
|
tentative_g = g_score.get((current.x, current.y), float('inf')) + 1
|
||||||
|
|
||||||
|
if tentative_g < g_score.get((neighbor.x, neighbor.y), float('inf')):
|
||||||
|
came_from[(neighbor.x, neighbor.y)] = current
|
||||||
|
g_score[(neighbor.x, neighbor.y)] = tentative_g
|
||||||
|
f = tentative_g + self._heuristic(neighbor, exit_cell)
|
||||||
|
f_score[(neighbor.x, neighbor.y)] = f
|
||||||
|
counter += 1
|
||||||
|
heapq.heappush(open_set, (f, counter, neighbor))
|
||||||
|
|
||||||
|
return []
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
# ========== ЭТАП 4: КЛАСС-ОРКЕСТРАТОР ==========
|
||||||
|
|
||||||
|
class SearchStats:
|
||||||
|
"""Статистика поиска"""
|
||||||
|
def __init__(self, time_ms=0, visited_cells=0, path_length=0, path_found=False):
|
||||||
|
self.time_ms = time_ms
|
||||||
|
self.visited_cells = visited_cells
|
||||||
|
self.path_length = path_length
|
||||||
|
self.path_found = path_found
|
||||||
|
|
||||||
|
def __repr__(self):
|
||||||
|
return f"Stats(time={self.time_ms:.3f}ms, visited={self.visited_cells}, length={self.path_length}, found={self.path_found})"
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class MazeSolver:
|
||||||
|
"""Оркестратор: принимает лабиринт и стратегию, выполняет поиск"""
|
||||||
|
|
||||||
|
def __init__(self, maze, strategy=None):
|
||||||
|
self.maze = maze
|
||||||
|
self.strategy = strategy
|
||||||
|
self.observers = []
|
||||||
|
|
||||||
|
def set_strategy(self, strategy):
|
||||||
|
self.strategy = strategy
|
||||||
|
|
||||||
|
def add_observer(self, observer):
|
||||||
|
self.observers.append(observer)
|
||||||
|
|
||||||
|
def _notify(self, event):
|
||||||
|
for observer in self.observers:
|
||||||
|
observer.update(event)
|
||||||
|
|
||||||
|
def solve(self):
|
||||||
|
if self.strategy is None:
|
||||||
|
raise ValueError("Стратегия не установлена")
|
||||||
|
|
||||||
|
if self.maze.start is None or self.maze.exit is None:
|
||||||
|
raise ValueError("Лабиринт не содержит старт или выход")
|
||||||
|
|
||||||
|
self._notify("Начало поиска пути...")
|
||||||
|
|
||||||
|
start_time = time.perf_counter()
|
||||||
|
path = self.strategy.find_path(self.maze, self.maze.start, self.maze.exit)
|
||||||
|
end_time = time.perf_counter()
|
||||||
|
|
||||||
|
time_ms = (end_time - start_time) * 1000
|
||||||
|
|
||||||
|
stats = SearchStats(
|
||||||
|
time_ms=time_ms,
|
||||||
|
visited_cells=len(path) if path else 0,
|
||||||
|
path_length=len(path),
|
||||||
|
path_found=bool(path)
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
self._notify(f"Поиск завершён. Путь найден: {stats.path_found}")
|
||||||
|
|
||||||
|
return path, stats
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
# ========== ЭТАП 5: ПАТТЕРНЫ OBSERVER И COMMAND ==========
|
||||||
|
|
||||||
|
class Observer(ABC):
|
||||||
|
@abstractmethod
|
||||||
|
def update(self, event):
|
||||||
|
pass
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class ConsoleView(Observer):
|
||||||
|
"""Визуализация лабиринта в консоли"""
|
||||||
|
|
||||||
|
def __init__(self):
|
||||||
|
self.last_path = []
|
||||||
|
|
||||||
|
def render(self, maze, path=None, player_pos=None):
|
||||||
|
"""Отрисовывает лабиринт в консоли"""
|
||||||
|
# Очистка консоли
|
||||||
|
os.system('cls' if os.name == 'nt' else 'clear')
|
||||||
|
|
||||||
|
symbols = {
|
||||||
|
'wall': '#',
|
||||||
|
'path': '.',
|
||||||
|
'start': 'S',
|
||||||
|
'exit': 'E',
|
||||||
|
'player': 'P',
|
||||||
|
'way': 'O'
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
for y in range(maze.height):
|
||||||
|
line = ""
|
||||||
|
for x in range(maze.width):
|
||||||
|
cell = maze.get_cell(x, y)
|
||||||
|
|
||||||
|
if player_pos and player_pos == (x, y):
|
||||||
|
line += symbols['player']
|
||||||
|
elif cell == maze.start:
|
||||||
|
line += symbols['start']
|
||||||
|
elif cell == maze.exit:
|
||||||
|
line += symbols['exit']
|
||||||
|
elif cell.is_wall:
|
||||||
|
line += symbols['wall']
|
||||||
|
elif path and cell in path:
|
||||||
|
line += symbols['way']
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
line += symbols['path']
|
||||||
|
print(line)
|
||||||
|
|
||||||
|
print(f"\nРазмер: {maze.width}x{maze.height}")
|
||||||
|
|
||||||
|
def update(self, event):
|
||||||
|
print(f"[ConsoleView] {event}")
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class Command(ABC):
|
||||||
|
@abstractmethod
|
||||||
|
def execute(self):
|
||||||
|
pass
|
||||||
|
|
||||||
|
@abstractmethod
|
||||||
|
def undo(self):
|
||||||
|
pass
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class Player:
|
||||||
|
"""Игрок, который может перемещаться по лабиринту"""
|
||||||
|
def __init__(self, start_cell):
|
||||||
|
self.current = start_cell
|
||||||
|
self.previous = start_cell
|
||||||
|
|
||||||
|
def move_to(self, cell):
|
||||||
|
self.previous = self.current
|
||||||
|
self.current = cell
|
||||||
|
|
||||||
|
def undo_move(self):
|
||||||
|
self.current, self.previous = self.previous, self.current
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class MoveCommand(Command):
|
||||||
|
"""Команда перемещения игрока"""
|
||||||
|
def __init__(self, player, maze, direction):
|
||||||
|
self.player = player
|
||||||
|
self.maze = maze
|
||||||
|
self.direction = direction
|
||||||
|
self.executed = False
|
||||||
|
|
||||||
|
def execute(self):
|
||||||
|
dx, dy = self.direction
|
||||||
|
new_cell = self.maze.get_cell(self.player.current.x + dx, self.player.current.y + dy)
|
||||||
|
|
||||||
|
if new_cell and new_cell.is_passable():
|
||||||
|
self.player.move_to(new_cell)
|
||||||
|
self.executed = True
|
||||||
|
return True
|
||||||
|
return False
|
||||||
|
|
||||||
|
def undo(self):
|
||||||
|
if self.executed:
|
||||||
|
self.player.undo_move()
|
||||||
|
self.executed = False
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
# ========== ДЕМОНСТРАЦИЯ РАБОТЫ ==========
|
||||||
|
|
||||||
|
def create_test_maze():
|
||||||
|
"""Создаёт тестовый лабиринт для проверки (если нет файла)"""
|
||||||
|
maze = Maze(10, 10)
|
||||||
|
|
||||||
|
# Заполняем стенами
|
||||||
|
for y in range(10):
|
||||||
|
for x in range(10):
|
||||||
|
maze.set_cell(x, y, Cell(x, y, is_wall=True))
|
||||||
|
|
||||||
|
# Создаём коридор
|
||||||
|
for x in range(10):
|
||||||
|
maze.set_cell(x, 5, Cell(x, 5, is_wall=False))
|
||||||
|
|
||||||
|
maze.set_cell(0, 5, Cell(0, 5, is_start=True))
|
||||||
|
maze.set_cell(9, 5, Cell(9, 5, is_exit=True))
|
||||||
|
maze.start = maze.get_cell(0, 5)
|
||||||
|
maze.exit = maze.get_cell(9, 5)
|
||||||
|
|
||||||
|
return maze
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
if __name__ == "__main__":
|
||||||
|
print("=== Лабиринт: поиск выхода ===\n")
|
||||||
|
|
||||||
|
# Создаём лабиринт через Builder (или тестовый)
|
||||||
|
builder = TextFileMazeBuilder()
|
||||||
|
|
||||||
|
try:
|
||||||
|
# Попробуем загрузить из файла
|
||||||
|
maze = builder.build_from_file("maze.txt")
|
||||||
|
print("Лабиринт загружен из файла maze.txt")
|
||||||
|
except FileNotFoundError:
|
||||||
|
print("Файл maze.txt не найден. Использую тестовый лабиринт.")
|
||||||
|
maze = create_test_maze()
|
||||||
|
|
||||||
|
# Создаём визуализацию
|
||||||
|
view = ConsoleView()
|
||||||
|
|
||||||
|
# Тестируем стратегии
|
||||||
|
strategies = {
|
||||||
|
"BFS": BFSStrategy(),
|
||||||
|
"DFS": DFSStrategy(),
|
||||||
|
"A*": AStarStrategy()
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
solver = MazeSolver(maze)
|
||||||
|
solver.add_observer(view)
|
||||||
|
|
||||||
|
results = []
|
||||||
|
|
||||||
|
for name, strategy in strategies.items():
|
||||||
|
print(f"\n--- {name} ---")
|
||||||
|
solver.set_strategy(strategy)
|
||||||
|
path, stats = solver.solve()
|
||||||
|
|
||||||
|
results.append([name, stats.time_ms, stats.visited_cells, stats.path_length, stats.path_found])
|
||||||
|
|
||||||
|
view.render(maze, path)
|
||||||
|
print(f"Время: {stats.time_ms:.3f} мс")
|
||||||
|
print(f"Длина пути: {stats.path_length}")
|
||||||
|
|
||||||
|
input("\nНажми Enter для продолжения...")
|
||||||
|
|
||||||
|
# Сохраняем результаты
|
||||||
|
with open("maze_results.csv", "w", newline='', encoding='utf-8') as f:
|
||||||
|
writer = csv.writer(f)
|
||||||
|
writer.writerow(["Стратегия", "Время(мс)", "Посещено клеток", "Длина пути", "Путь найден"])
|
||||||
|
writer.writerows(results)
|
||||||
|
|
||||||
|
print("\n Результаты сохранены в maze_results.csv")
|
||||||
Loading…
Reference in New Issue
Block a user