[1, 2] Задание 1 и 2 #220

Closed
sorokinfi wants to merge 7 commits from sorokinfi/2026-rff_mp:sorokinfi into develop
5 changed files with 666 additions and 0 deletions

3
.vscode/settings.json vendored Normal file
View File

@ -0,0 +1,3 @@
{
"python-envs.defaultEnvManager": "ms-python.python:system"
}

BIN
benchmark_chart.png Normal file

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 30 KiB

91
results.csv Normal file
View File

@ -0,0 +1,91 @@
структура,режим,операция,повторение,время (сек)
LinkedList,случайный,вставка,1,0.11277499999999918
LinkedList,случайный,поиск,1,0.006451900000001842
LinkedList,случайный,удаление,1,0.003666800000019066
LinkedList,случайный,вставка,2,0.10957519999999477
LinkedList,случайный,поиск,2,0.0064522000000124535
LinkedList,случайный,удаление,2,0.003728399999999965
LinkedList,случайный,вставка,3,0.109341000000029
LinkedList,случайный,поиск,3,0.006500899999991816
LinkedList,случайный,удаление,3,0.0038011999999980617
LinkedList,случайный,вставка,4,0.1110247999999956
LinkedList,случайный,поиск,4,0.006476099999986218
LinkedList,случайный,удаление,4,0.0036711999999852196
LinkedList,случайный,вставка,5,0.11070879999999761
LinkedList,случайный,поиск,5,0.0064365000000066175
LinkedList,случайный,удаление,5,0.003677400000015041
LinkedList,отсортированный,вставка,1,0.11145989999999983
LinkedList,отсортированный,поиск,1,0.005919100000028266
LinkedList,отсортированный,удаление,1,0.004607999999961976
LinkedList,отсортированный,вставка,2,0.11035959999998113
LinkedList,отсортированный,поиск,2,0.005787800000007337
LinkedList,отсортированный,удаление,2,0.004521399999987352
LinkedList,отсортированный,вставка,3,0.11167460000001483
LinkedList,отсортированный,поиск,3,0.006033900000034009
LinkedList,отсортированный,удаление,3,0.004642099999955462
LinkedList,отсортированный,вставка,4,0.11137540000004265
LinkedList,отсортированный,поиск,4,0.0057623999999805164
LinkedList,отсортированный,удаление,4,0.004488399999956982
LinkedList,отсортированный,вставка,5,0.11472939999998744
LinkedList,отсортированный,поиск,5,0.005918899999983296
LinkedList,отсортированный,удаление,5,0.004527400000029047
HashTable,случайный,вставка,1,0.0012038000000416105
HashTable,случайный,поиск,1,3.46000000490676e-05
HashTable,случайный,удаление,1,2.0000000006348273e-05
HashTable,случайный,вставка,2,0.0010017999999831773
HashTable,случайный,поиск,2,3.1499999977313564e-05
HashTable,случайный,удаление,2,1.720000000204891e-05
HashTable,случайный,вставка,3,0.0010786999999936597
HashTable,случайный,поиск,3,3.4999999968476914e-05
HashTable,случайный,удаление,3,1.9199999996999395e-05
HashTable,случайный,вставка,4,0.0009729999999876782
HashTable,случайный,поиск,4,3.090000001293447e-05
HashTable,случайный,удаление,4,1.7399999990175274e-05
HashTable,случайный,вставка,5,0.0009918999999740663
HashTable,случайный,поиск,5,3.049999997983832e-05
HashTable,случайный,удаление,5,1.6399999992700032e-05
HashTable,отсортированный,вставка,1,0.0009690999999634187
HashTable,отсортированный,поиск,1,3.5900000000310683e-05
HashTable,отсортированный,удаление,1,1.8599999975776882e-05
HashTable,отсортированный,вставка,2,0.0009684999999990396
HashTable,отсортированный,поиск,2,3.0100000003585592e-05
HashTable,отсортированный,удаление,2,1.759999997830164e-05
HashTable,отсортированный,вставка,3,0.001049399999999423
HashTable,отсортированный,поиск,3,3.1100000001060835e-05
HashTable,отсортированный,удаление,3,1.8299999965165625e-05
HashTable,отсортированный,вставка,4,0.000957400000004327
HashTable,отсортированный,поиск,4,2.9900000015459227e-05
HashTable,отсортированный,удаление,4,1.7500000012660166e-05
HashTable,отсортированный,вставка,5,0.0009610000000179753
HashTable,отсортированный,поиск,5,2.9500000039206498e-05
HashTable,отсортированный,удаление,5,1.770000000078653e-05
BST,случайный,вставка,1,0.004438699999980145
BST,случайный,поиск,1,0.00013129999996408515
BST,случайный,удаление,1,8.220000000846994e-05
BST,случайный,вставка,2,0.004387300000018968
BST,случайный,поиск,2,0.00012960000003658934
BST,случайный,удаление,2,7.93000000385291e-05
BST,случайный,вставка,3,0.004303200000038032
BST,случайный,поиск,3,0.0001283999999941443
BST,случайный,удаление,3,8.050000002413071e-05
BST,случайный,вставка,4,0.004263700000024073
BST,случайный,поиск,4,0.00012770000000728032
BST,случайный,удаление,4,7.650000003422974e-05
BST,случайный,вставка,5,0.004260499999986678
BST,случайный,поиск,5,0.00012939999999161955
BST,случайный,удаление,5,7.969999995793842e-05
BST,отсортированный,вставка,1,0.7347394000000236
BST,отсортированный,поиск,1,0.018492599999945014
BST,отсортированный,удаление,1,0.013188500000012482
BST,отсортированный,вставка,2,0.7407673999999815
BST,отсортированный,поиск,2,0.018303899999978057
BST,отсортированный,удаление,2,0.012820200000021487
BST,отсортированный,вставка,3,0.7382302000000323
BST,отсортированный,поиск,3,0.01834120000000894
BST,отсортированный,удаление,3,0.012760500000013053
BST,отсортированный,вставка,4,0.7377933000000212
BST,отсортированный,поиск,4,0.01829400000002579
BST,отсортированный,удаление,4,0.012722399999972822
BST,отсортированный,вставка,5,0.7360582999999679
BST,отсортированный,поиск,5,0.01833809999999403
BST,отсортированный,удаление,5,0.012751900000012029
1 структура режим операция повторение время (сек)
2 LinkedList случайный вставка 1 0.11277499999999918
3 LinkedList случайный поиск 1 0.006451900000001842
4 LinkedList случайный удаление 1 0.003666800000019066
5 LinkedList случайный вставка 2 0.10957519999999477
6 LinkedList случайный поиск 2 0.0064522000000124535
7 LinkedList случайный удаление 2 0.003728399999999965
8 LinkedList случайный вставка 3 0.109341000000029
9 LinkedList случайный поиск 3 0.006500899999991816
10 LinkedList случайный удаление 3 0.0038011999999980617
11 LinkedList случайный вставка 4 0.1110247999999956
12 LinkedList случайный поиск 4 0.006476099999986218
13 LinkedList случайный удаление 4 0.0036711999999852196
14 LinkedList случайный вставка 5 0.11070879999999761
15 LinkedList случайный поиск 5 0.0064365000000066175
16 LinkedList случайный удаление 5 0.003677400000015041
17 LinkedList отсортированный вставка 1 0.11145989999999983
18 LinkedList отсортированный поиск 1 0.005919100000028266
19 LinkedList отсортированный удаление 1 0.004607999999961976
20 LinkedList отсортированный вставка 2 0.11035959999998113
21 LinkedList отсортированный поиск 2 0.005787800000007337
22 LinkedList отсортированный удаление 2 0.004521399999987352
23 LinkedList отсортированный вставка 3 0.11167460000001483
24 LinkedList отсортированный поиск 3 0.006033900000034009
25 LinkedList отсортированный удаление 3 0.004642099999955462
26 LinkedList отсортированный вставка 4 0.11137540000004265
27 LinkedList отсортированный поиск 4 0.0057623999999805164
28 LinkedList отсортированный удаление 4 0.004488399999956982
29 LinkedList отсортированный вставка 5 0.11472939999998744
30 LinkedList отсортированный поиск 5 0.005918899999983296
31 LinkedList отсортированный удаление 5 0.004527400000029047
32 HashTable случайный вставка 1 0.0012038000000416105
33 HashTable случайный поиск 1 3.46000000490676e-05
34 HashTable случайный удаление 1 2.0000000006348273e-05
35 HashTable случайный вставка 2 0.0010017999999831773
36 HashTable случайный поиск 2 3.1499999977313564e-05
37 HashTable случайный удаление 2 1.720000000204891e-05
38 HashTable случайный вставка 3 0.0010786999999936597
39 HashTable случайный поиск 3 3.4999999968476914e-05
40 HashTable случайный удаление 3 1.9199999996999395e-05
41 HashTable случайный вставка 4 0.0009729999999876782
42 HashTable случайный поиск 4 3.090000001293447e-05
43 HashTable случайный удаление 4 1.7399999990175274e-05
44 HashTable случайный вставка 5 0.0009918999999740663
45 HashTable случайный поиск 5 3.049999997983832e-05
46 HashTable случайный удаление 5 1.6399999992700032e-05
47 HashTable отсортированный вставка 1 0.0009690999999634187
48 HashTable отсортированный поиск 1 3.5900000000310683e-05
49 HashTable отсортированный удаление 1 1.8599999975776882e-05
50 HashTable отсортированный вставка 2 0.0009684999999990396
51 HashTable отсортированный поиск 2 3.0100000003585592e-05
52 HashTable отсортированный удаление 2 1.759999997830164e-05
53 HashTable отсортированный вставка 3 0.001049399999999423
54 HashTable отсортированный поиск 3 3.1100000001060835e-05
55 HashTable отсортированный удаление 3 1.8299999965165625e-05
56 HashTable отсортированный вставка 4 0.000957400000004327
57 HashTable отсортированный поиск 4 2.9900000015459227e-05
58 HashTable отсортированный удаление 4 1.7500000012660166e-05
59 HashTable отсортированный вставка 5 0.0009610000000179753
60 HashTable отсортированный поиск 5 2.9500000039206498e-05
61 HashTable отсортированный удаление 5 1.770000000078653e-05
62 BST случайный вставка 1 0.004438699999980145
63 BST случайный поиск 1 0.00013129999996408515
64 BST случайный удаление 1 8.220000000846994e-05
65 BST случайный вставка 2 0.004387300000018968
66 BST случайный поиск 2 0.00012960000003658934
67 BST случайный удаление 2 7.93000000385291e-05
68 BST случайный вставка 3 0.004303200000038032
69 BST случайный поиск 3 0.0001283999999941443
70 BST случайный удаление 3 8.050000002413071e-05
71 BST случайный вставка 4 0.004263700000024073
72 BST случайный поиск 4 0.00012770000000728032
73 BST случайный удаление 4 7.650000003422974e-05
74 BST случайный вставка 5 0.004260499999986678
75 BST случайный поиск 5 0.00012939999999161955
76 BST случайный удаление 5 7.969999995793842e-05
77 BST отсортированный вставка 1 0.7347394000000236
78 BST отсортированный поиск 1 0.018492599999945014
79 BST отсортированный удаление 1 0.013188500000012482
80 BST отсортированный вставка 2 0.7407673999999815
81 BST отсортированный поиск 2 0.018303899999978057
82 BST отсортированный удаление 2 0.012820200000021487
83 BST отсортированный вставка 3 0.7382302000000323
84 BST отсортированный поиск 3 0.01834120000000894
85 BST отсортированный удаление 3 0.012760500000013053
86 BST отсортированный вставка 4 0.7377933000000212
87 BST отсортированный поиск 4 0.01829400000002579
88 BST отсортированный удаление 4 0.012722399999972822
89 BST отсортированный вставка 5 0.7360582999999679
90 BST отсортированный поиск 5 0.01833809999999403
91 BST отсортированный удаление 5 0.012751900000012029

View File

572
sorokinfi/427.py Normal file
View File

@ -0,0 +1,572 @@
import csv
import random
import sys
import time
from collections import defaultdict, deque
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from abc import ABC, abstractmethod
import os
current_dir = os.path.dirname(os.path.abspath(__file__))
os.chdir(current_dir)
# увеличиваем лимит рекурсии
sys.setrecursionlimit(25000)
# ЗАДАНИЕ 1: СТРУКТУРЫ ДАННЫХ
# 1. связный список, узел: {'name': 'Имя', 'phone': '123', 'next': None}
# проходит до конца и добавляет в конец
def ll_insert(head, name, phone):
new_node = {'name': name, 'phone': phone, 'next': None}
if head is None:
return new_node
current = head
while current['next'] is not None:
current = current['next']
current['next'] = new_node
return head
# ищет узел, возвращает телефон или None
def ll_find(head, name):
current = head
while current is not None:
if current['name'] == name:
return current['phone']
current = current['next']
return None
# удаляет узел, возвращает новую голову
def ll_delete(head, name):
if head is None:
return None
if head['name'] == name:
return head['next']
current = head
while current['next'] is not None:
if current['next']['name'] == name:
current['next'] = current['next']['next']
return head
current = current['next']
return head
# собирает все записи в список и сортирует
def ll_list_all(head):
records = []
current = head
while current is not None:
records.append((current['name'], current['phone']))
current = current['next']
records.sort(key=lambda x: x[0])
return records
# 2. хеш-таблица
# хеш-функция для вычисления бекета
def ht_hash(name, size):
return hash(name) % size
# вычисляет индекс, вызывает ll_insert для соответствующего бакета
def ht_insert(buckets, name, phone):
size = len(buckets)
idx = ht_hash(name, size)
buckets[idx] = ll_insert(buckets[idx], name, phone)
# поиск по хеш-таблице
def ht_find(buckets, name):
size = len(buckets)
idx = ht_hash(name, size)
return ll_find(buckets[idx], name)
# удаление из хеш-таблицы
def ht_delete(buckets, name):
size = len(buckets)
idx = ht_hash(name, size)
buckets[idx] = ll_delete(buckets[idx], name)
# собирает все записи из всех бакетов и сортирует
def ht_list_all(buckets):
all_records = []
for head in buckets:
current = head
while current is not None:
all_records.append((current['name'], current['phone']))
current = current['next']
all_records.sort(key=lambda x: x[0])
return all_records
# 3. двоичное дерево поиска
# узел — словарь: {'name': 'Имя', 'phone': '123', 'left': None, 'right': None}
# рекурсивно или итеративно вставляет, возвращает новый корень (если корень меняется)
def bst_insert(root, name, phone):
if root is None:
return {'name': name, 'phone': phone, 'left': None, 'right': None}
if name < root['name']:
root['left'] = bst_insert(root['left'], name, phone)
elif name > root['name']:
root['right'] = bst_insert(root['right'], name, phone)
else:
root['phone'] = phone
return root
# поиск
def bst_find(root, name):
if root is None:
return None
if name == root['name']:
return root['phone']
elif name < root['name']:
return bst_find(root['left'], name)
else:
return bst_find(root['right'], name)
# удаление, возвращает новый корень
def bst_delete(root, name):
if root is None:
return None
if name < root['name']:
root['left'] = bst_delete(root['left'], name)
elif name > root['name']:
root['right'] = bst_delete(root['right'], name)
else:
# одна ветвь или её отсутствие
if root['left'] is None:
return root['right']
if root['right'] is None:
return root['left']
# две ветви
successor = root['right']
while successor['left'] is not None:
successor = successor['left']
root['name'] = successor['name']
root['phone'] = successor['phone']
root['right'] = bst_delete(root['right'], successor['name'])
return root
# центрированный обход (рекурсивно собирает записи в отсортированном порядке)
def bst_list_all(root):
records = []
def _inorder(node):
if node is not None:
_inorder(node['left'])
records.append((node['name'], node['phone']))
_inorder(node['right'])
_inorder(root)
return records
# 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
def run_experiments():
N = 3000
HASH_SIZE = 1007
print(f"генерация тестовых данных для N = {N}...")
records_sorted = [(f"User_{i:05d}", f"+7999123{i:04d}") for i in range(N)]
records_shuffled = records_sorted.copy()
random.seed(42)
random.shuffle(records_shuffled)
# подготовка выборок
existing_sample = [r[0] for r in random.sample(records_sorted, min(100, N))]
non_existing_sample = [f"None_{i}" for i in range(10)]
search_names = existing_sample + non_existing_sample
delete_names = [r[0] for r in random.sample(records_sorted, min(50, N))]
csv_rows = [["структура", "режим", "операция", "повторение", "время (сек)"]]
modes = [("случайный", records_shuffled), ("отсортированный", records_sorted)]
print("запуск экспериментов (5 повторений для каждого режима)")
# ТЕСТ: СВЯЗНЫЙ СПИСОК
for mode_name, data in modes:
for rep in range(1, 6):
head = None
t_start = time.perf_counter()
for name, phone in data:
head = ll_insert(head, name, phone)
t_end = time.perf_counter()
csv_rows.append(["LinkedList", mode_name, "вставка", rep, t_end - t_start])
t_start = time.perf_counter()
for name in search_names:
ll_find(head, name)
t_end = time.perf_counter()
csv_rows.append(["LinkedList", mode_name, "поиск", rep, t_end - t_start])
t_start = time.perf_counter()
for name in delete_names:
head = ll_delete(head, name)
t_end = time.perf_counter()
csv_rows.append(["LinkedList", mode_name, "удаление", rep, t_end - t_start])
# ТЕСТ: ХЕШ-ТАБЛИЦА
for mode_name, data in modes:
for rep in range(1, 6):
buckets = [None] * HASH_SIZE
t_start = time.perf_counter()
for name, phone in data:
ht_insert(buckets, name, phone)
t_end = time.perf_counter()
csv_rows.append(["HashTable", mode_name, "вставка", rep, t_end - t_start])
t_start = time.perf_counter()
for name in search_names:
ht_find(buckets, name)
t_end = time.perf_counter()
csv_rows.append(["HashTable", mode_name, "поиск", rep, t_end - t_start])
t_start = time.perf_counter()
for name in delete_names:
ht_delete(buckets, name)
t_end = time.perf_counter()
csv_rows.append(["HashTable", mode_name, "удаление", rep, t_end - t_start])
# ТЕСТ: ДЕРЕВО ПОИСКА (BST)
for mode_name, data in modes:
for rep in range(1, 6):
root = None
t_start = time.perf_counter()
for name, phone in data:
root = bst_insert(root, name, phone)
t_end = time.perf_counter()
csv_rows.append(["BST", mode_name, "вставка", rep, t_end - t_start])
t_start = time.perf_counter()
for name in search_names:
bst_find(root, name)
t_end = time.perf_counter()
csv_rows.append(["BST", mode_name, "поиск", rep, t_end - t_start])
t_start = time.perf_counter()
for name in delete_names:
root = bst_delete(root, name)
t_end = time.perf_counter()
csv_rows.append(["BST", mode_name, "удаление", rep, t_end - t_start])
# сохранение в csv
with open("results.csv", "w", newline="", encoding="utf-8") as f:
writer = csv.writer(f)
writer.writerows(csv_rows)
print("\nвсе замеры сохранены в файл 'results.csv'.")
show_summary(csv_rows)
# функция для подсчета и вывода среднего времени
def show_summary(rows):
summary = defaultdict(list)
for row in rows[1:]:
struct, mode, op, rep, elapsed = row
summary[(struct, mode, op)].append(elapsed)
print("\nСВОДНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ (СРЕДНЕЕ ВРЕМЯ ИЗ 5 ЗАПУСКОВ)")
print(f"{'структура':<12} | {'режим данных':<15} | {'операция':<10} | {'время (сек)':<12}")
print("-" * 59)
for (struct, mode, op), times in sorted(summary.items()):
avg_time = sum(times) / len(times)
print(f"{struct:<12} | {mode:<15} | {op:<10} | {avg_time:.6f}")
# 5. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
def plot_results(csv_filename="results.csv"):
print("построение графика")
try:
df = pd.read_csv(csv_filename)
df_insert = df[df["операция"] == "вставка"]
pivot_df = df_insert.pivot_table(
index="структура",
columns="режим",
values="время (сек)",
aggfunc="mean"
)
pivot_df.plot(kind="bar", figsize=(10, 6), color=['#1f77b4', '#ff7f0e'])
plt.title("сравнение времени вставки (N=3000)")
plt.ylabel("среднее время выполнения (сек)")
plt.xlabel("структура данных")
plt.xticks(rotation=0)
plt.grid(axis='y', linestyle='--', alpha=0.7)
plt.savefig("benchmark_chart.png")
print("график сохранен как benchmark_chart.png")
plt.show()
except FileNotFoundError:
print(f"файл {csv_filename} не найден. сначала запустите тесты.")
def print_report():
report = """
5. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
1. Влияние порядка входных данных на скорость вставки в BST:
- На случайных данных BST строится сбалансированным. Высота дерева составляет
примерно O(log N), поэтому вставка происходит почти мгновенно.
- На отсортированных данных происходит ДЕГРАДАЦИЯ дерева. Каждый элемент больше
предыдущего и вставляется строго вправо. Дерево вырождается в связный список.
Сложность возрастает до O(N), что отчетливо видно по гигантскому пику на графике.
2. Чувствительность Хеш-таблицы к порядку:
- Хеш-таблица НЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНА к порядку данных. Математическая хеш-функция
превращает любое имя в хаотичный индекс и равномерно распределяет записи
по бакетам. В обоих режимах операции выполняются за константное время O(1).
3. Почему связный список всегда медленен при поиске:
- У связного списка нет индексов для прямого доступа. Поиск всегда линейный O(N)
алгоритм вынужден последовательно перебирать элементы от головы к хвосту.
4. Как удаление работает в каждой структуре:
- Связный список: O(N) затрачивается на линейный поиск узла, само удаление O(1).
- Хеш-таблица: O(1) нахождение бакета по хешу, удаление из цепочки коллизий мгновенно.
- BST: В среднем O(log N), в худшем O(N). Требует поиска узла и перестройки связей
(замена удаляемого узла на его потомка или минимальный элемент правого поддерева).
ВЫВОД:
- ДЛЯ ЧАСТЫХ ВСТАВОК И ПОИСКА: Идеально подходит Хеш-таблица благодаря скорости O(1).
- ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДАННЫХ В ПОРЯДКЕ (АЛФАВИТНОМ): Стоит выбирать Двоичное дерево поиска
(BST), так как обход дерева (In-order traversal) сразу выдает отсортированные данные.
"""
print(report)
def run_task_1():
run_experiments()
plot_results()
print_report()
# ЗАДАНИЕ 2: ПОИСК ВЫХОДА ИЗ ЛАБИРИНТА
# поиск выхода из лабиринта
class Maze:
def __init__(self, grid):
self.grid = grid
self.rows = len(grid)
self.cols = len(grid[0]) if self.rows > 0 else 0
self.start = self._find_point('S')
self.end = self._find_point('E')
def _find_point(self, char):
for r in range(self.rows):
for c in range(self.cols):
if self.grid[r][c] == char: return (r, c)
return None
def is_walkable(self, r, c):
return 0 <= r < self.rows and 0 <= c < self.cols and self.grid[r][c] != '#'
class PathfindingStrategy(ABC):
@abstractmethod
def solve(self, maze: Maze): pass
# стратегия №1: BFS
class BFSStrategy(PathfindingStrategy):
def solve(self, maze: Maze):
# проверка входных данных
if not maze.start or not maze.end:
return None, 0
# инициализация структур данных
queue = deque([(maze.start, [maze.start])])
visited = set([maze.start])
# направление для шагов
directions = [(-1, 0), (1, 0), (0, -1), (0, 1)]
# основной цикл обхода лабиринта
while queue:
current, path = queue.popleft()
if current == maze.end:
return path, len(visited) # возвращаем путь и размер посещенных клеток
r, c = current
for dr, dc in directions:
nr, nc = r + dr, c + dc
if maze.is_walkable(nr, nc) and (nr, nc) not in visited:
visited.add((nr, nc))
queue.append(((nr, nc), path + [(nr, nc)]))
return None, len(visited)
# стратегия №2: DFS
class DFSStrategy(PathfindingStrategy):
def solve(self, maze: Maze):
if not maze.start or not maze.end:
return None, 0
# инициализация структур данных
stack = [(maze.start, [maze.start])]
visited = set()
directions = [(-1, 0), (1, 0), (0, -1), (0, 1)]
# основной цикл обхода лабиринта
while stack:
current, path = stack.pop()
if current in visited:
continue
visited.add(current)
if current == maze.end:
return path, len(visited)
r, c = current
for dr, dc in directions:
nr, nc = r + dr, c + dc
if maze.is_walkable(nr, nc):
stack.append(((nr, nc), path + [(nr, nc)]))
return None, len(visited)
class MazeSolver:
def __init__(self, strategy: PathfindingStrategy): self._strategy = strategy
def set_strategy(self, strategy: PathfindingStrategy): self._strategy = strategy
def solve_maze(self, maze: Maze): return self._strategy.solve(maze)
# подготовка тестовых лабиринтов
class MazeFactory:
@staticmethod
def _generate_random_grid(width, height, wall_chance=0.25, has_exit=True):
# вспомогательный метод генерации сетки лабиринта заданной сложности
grid = [[" " for _ in range(width)] for _ in range(height)]
for r in range(height):
for c in range(width):
if random.random() < wall_chance: grid[r][c] = "#"
grid[0][0] = "S"
if has_exit:
grid[height-1][width-1] = "E"
else:
grid[height-1][width-1] = "E"
if height > 1: grid[height-1][width-2] = "#"
if width > 1: grid[height-2][width-1] = "#"
return grid
@staticmethod
def create_maze(maze_type):
random.seed(42)
if maze_type == "маленький (10x10)":
return Maze(MazeFactory._generate_random_grid(10, 10, wall_chance=0.15))
elif maze_type == "средний (50x50)":
return Maze(MazeFactory._generate_random_grid(50, 50, wall_chance=0.25))
elif maze_type == "большой (100x100)":
return Maze(MazeFactory._generate_random_grid(100, 100, wall_chance=0.3))
elif maze_type == "пустой":
grid = [[" " for _ in range(30)] for _ in range(30)]
grid[0][0], grid[29][29] = "S", "E"
return Maze(grid)
elif maze_type == "без выхода":
return Maze(MazeFactory._generate_random_grid(20, 20, wall_chance=0.2, has_exit=False))
return None
# экспериментальная часть лабиринтов
def run_maze_experiments():
maze_types = ["маленький (10x10)", "средний (50x50)", "большой (100x100)", "пустой", "без выхода"]
strategies = [("BFS", BFSStrategy()), ("DFS", DFSStrategy())]
csv_rows = [["лабиринт", "стратегия", "время_мс", "посещено_клеток", "длина_пути"]]
print("\nзапуск экспериментов(5 повторений)")
for m_type in maze_types:
maze_obj = MazeFactory.create_maze(m_type)
for strat_name, strategy in strategies:
solver = MazeSolver(strategy)
times = []
visited_cells = 0
path_len = 0
# запускаем по 5 раз для усреднения времени
for rep in range(5):
t_start = time.perf_counter()
path, visited = solver.solve_maze(maze_obj)
t_end = time.perf_counter()
times.append((t_end - t_start) * 1000) # переводим в миллисекунды
visited_cells = visited
path_len = len(path) if path else 0
avg_time_ms = sum(times) / len(times)
csv_rows.append([m_type, strat_name, round(avg_time_ms, 4), visited_cells, path_len])
# сохраняем в CSV
with open("maze_results.csv", "w", newline="", encoding="utf-8") as f:
writer = csv.writer(f)
writer.writerows(csv_rows)
print("Результаты сохранены в 'maze_results.csv'")
df = pd.DataFrame(csv_rows[1:], columns=csv_rows[0])
print("\nТАБЛИЦА СРАВНЕНИЯ АЛГОРИТМОВ ПОИСКА:")
print(df.to_string(index=False))
# визуализация графиков
print("\nпостроение графиков эффективности")
for m_type in maze_types:
sub_df = df[df["лабиринт"] == m_type]
fig, ax1 = plt.subplots(figsize=(7, 4))
ax2 = ax1.twinx()
sub_df.plot(kind="bar", x="стратегия", y="время_мс", ax=ax1, position=0, width=0.2, color="blue", legend=False)
sub_df.plot(kind="bar", x="стратегия", y="посещено_клеток", ax=ax2, position=1, width=0.2, color="orange", legend=False)
ax1.set_ylabel("время выполнения (мс)", color="blue")
ax2.set_ylabel("посещено клеток (ед)", color="orange")
plt.title(f"эффективность на лабиринте: {m_type}")
ax1.set_xticklabels(sub_df["стратегия"], rotation=0)
lines1, labels1 = ax1.get_legend_handles_labels()
lines2, labels2 = ax2.get_legend_handles_labels()
ax1.legend(lines1 + lines2, ["время (мс)", "посещено клеток"], loc="upper center")
plt.tight_layout()
filename = f"maze_chart_{m_type.replace(' ', '_').replace('(', '').replace(')', '')}.png"
plt.savefig(filename)
plt.close()
print("графики для каждого типа лабиринта сохранены в текущую папку")
def print_maze_report():
print("""
ВЫВОДЫ ПО ИТОГАМ АНАЛИЗА ЛАБИРИНТОВ:
1. Маленький и Пустой лабиринты: Оба алгоритма работают мгновенно. Однако в пустом
пространстве BFS проверяет почти все клетки «волной» до достижения цели, в то время
как DFS может случайно угадать прямую траекторию быстрее, но выдать неоптимальный путь.
2. Средний и Большой лабиринты (с тупиками): BFS стабильно находит самый КОРОТКИЙ путь,
однако тратит много памяти и времени на посещение клеток. DFS работает непредсказуемо,
его путь часто длиннее в разы, так как он «плутает» по тупикам.
3. Лабиринт без выхода: Оба алгоритма вынуждены совершить полный перебор графа.
Количество посещенных клеток у них совпадает и равняется общему числу доступных клеток.
""")
def run_task_2():
run_maze_experiments()
print_maze_report()
# главное меню
def main():
while True:
print("МЕНЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ")
print("1. Задание 1: структуры данных")
print("2. Задание 2: эксперименты с Лабиринтами")
print("0. Выход")
choice = input("Введите номер задания: ")
if choice == '1': run_task_1()
elif choice == '2': run_task_2()
elif choice == '0': break
else: print("Ошибка ввода.")
if __name__ == "__main__":
main()