forked from UNN/2026-rff_mp
Merge pull request '[1]labb-sorokin' (#375) from sorokinfi/2026-rff_mp:labb-sorokin into develop
Reviewed-on: UNN/2026-rff_mp#375
This commit is contained in:
commit
c7051d45f9
572
sorokinfi/427.py
Normal file
572
sorokinfi/427.py
Normal 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()
|
||||||
BIN
sorokinfi/benchmark_chart.png
Normal file
BIN
sorokinfi/benchmark_chart.png
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 31 KiB |
BIN
sorokinfi/maze_chart_без_выхода.png
Normal file
BIN
sorokinfi/maze_chart_без_выхода.png
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 24 KiB |
BIN
sorokinfi/maze_chart_большой_100x100.png
Normal file
BIN
sorokinfi/maze_chart_большой_100x100.png
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 28 KiB |
BIN
sorokinfi/maze_chart_маленький_10x10.png
Normal file
BIN
sorokinfi/maze_chart_маленький_10x10.png
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 25 KiB |
BIN
sorokinfi/maze_chart_пустой.png
Normal file
BIN
sorokinfi/maze_chart_пустой.png
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 22 KiB |
BIN
sorokinfi/maze_chart_средний_50x50.png
Normal file
BIN
sorokinfi/maze_chart_средний_50x50.png
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 28 KiB |
11
sorokinfi/maze_results.csv
Normal file
11
sorokinfi/maze_results.csv
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,11 @@
|
||||||
|
лабиринт,стратегия,время_мс,посещено_клеток,длина_пути
|
||||||
|
маленький (10x10),BFS,0.0895,85,19
|
||||||
|
маленький (10x10),DFS,0.0553,42,41
|
||||||
|
средний (50x50),BFS,0.0027,2,0
|
||||||
|
средний (50x50),DFS,0.0023,2,0
|
||||||
|
большой (100x100),BFS,0.0014,1,0
|
||||||
|
большой (100x100),DFS,0.0011,1,0
|
||||||
|
пустой,BFS,0.9422,900,59
|
||||||
|
пустой,DFS,14.7181,871,871
|
||||||
|
без выхода,BFS,0.3453,325,0
|
||||||
|
без выхода,DFS,0.5775,325,0
|
||||||
|
91
sorokinfi/results.csv
Normal file
91
sorokinfi/results.csv
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,91 @@
|
||||||
|
структура,режим,операция,повторение,время (сек)
|
||||||
|
LinkedList,случайный,вставка,1,0.1129304999994929
|
||||||
|
LinkedList,случайный,поиск,1,0.006587000003491994
|
||||||
|
LinkedList,случайный,удаление,1,0.00433809999958612
|
||||||
|
LinkedList,случайный,вставка,2,0.11600629999884404
|
||||||
|
LinkedList,случайный,поиск,2,0.0070252999939839356
|
||||||
|
LinkedList,случайный,удаление,2,0.0037247000000206754
|
||||||
|
LinkedList,случайный,вставка,3,0.11695830000098795
|
||||||
|
LinkedList,случайный,поиск,3,0.006697200005874038
|
||||||
|
LinkedList,случайный,удаление,3,0.0038005000023986213
|
||||||
|
LinkedList,случайный,вставка,4,0.11354900000151247
|
||||||
|
LinkedList,случайный,поиск,4,0.007001000005402602
|
||||||
|
LinkedList,случайный,удаление,4,0.003736999999091495
|
||||||
|
LinkedList,случайный,вставка,5,0.11800010000297334
|
||||||
|
LinkedList,случайный,поиск,5,0.006789500002923887
|
||||||
|
LinkedList,случайный,удаление,5,0.003871599998092279
|
||||||
|
LinkedList,отсортированный,вставка,1,0.11360589999821968
|
||||||
|
LinkedList,отсортированный,поиск,1,0.005773999997472856
|
||||||
|
LinkedList,отсортированный,удаление,1,0.004597200000716839
|
||||||
|
LinkedList,отсортированный,вставка,2,0.11909130000276491
|
||||||
|
LinkedList,отсортированный,поиск,2,0.006270099998801015
|
||||||
|
LinkedList,отсортированный,удаление,2,0.00467449999996461
|
||||||
|
LinkedList,отсортированный,вставка,3,0.11582009999983711
|
||||||
|
LinkedList,отсортированный,поиск,3,0.006280699999479111
|
||||||
|
LinkedList,отсортированный,удаление,3,0.004889000003458932
|
||||||
|
LinkedList,отсортированный,вставка,4,0.11719879999873228
|
||||||
|
LinkedList,отсортированный,поиск,4,0.006236399996851105
|
||||||
|
LinkedList,отсортированный,удаление,4,0.004462299999431707
|
||||||
|
LinkedList,отсортированный,вставка,5,0.12187409999751253
|
||||||
|
LinkedList,отсортированный,поиск,5,0.006323499997961335
|
||||||
|
LinkedList,отсортированный,удаление,5,0.004649099995731376
|
||||||
|
HashTable,случайный,вставка,1,0.0012417999969329685
|
||||||
|
HashTable,случайный,поиск,1,3.5099998058285564e-05
|
||||||
|
HashTable,случайный,удаление,1,2.1699997887481004e-05
|
||||||
|
HashTable,случайный,вставка,2,0.00101379999978235
|
||||||
|
HashTable,случайный,поиск,2,3.1400006264448166e-05
|
||||||
|
HashTable,случайный,удаление,2,1.799999881768599e-05
|
||||||
|
HashTable,случайный,вставка,3,0.0009945999991032295
|
||||||
|
HashTable,случайный,поиск,3,3.0999995942693204e-05
|
||||||
|
HashTable,случайный,удаление,3,1.750000228639692e-05
|
||||||
|
HashTable,случайный,вставка,4,0.0009932999964803457
|
||||||
|
HashTable,случайный,поиск,4,2.9999995604157448e-05
|
||||||
|
HashTable,случайный,удаление,4,1.7099999240599573e-05
|
||||||
|
HashTable,случайный,вставка,5,0.0009849999987636693
|
||||||
|
HashTable,случайный,поиск,5,3.089999518124387e-05
|
||||||
|
HashTable,случайный,удаление,5,1.7300000763498247e-05
|
||||||
|
HashTable,отсортированный,вставка,1,0.0010356999991927296
|
||||||
|
HashTable,отсортированный,поиск,1,4.599999374477193e-05
|
||||||
|
HashTable,отсортированный,удаление,1,2.2100000933278352e-05
|
||||||
|
HashTable,отсортированный,вставка,2,0.0009875999967334792
|
||||||
|
HashTable,отсортированный,поиск,2,3.090000245720148e-05
|
||||||
|
HashTable,отсортированный,удаление,2,1.8399994587525725e-05
|
||||||
|
HashTable,отсортированный,вставка,3,0.0009702000024844892
|
||||||
|
HashTable,отсортированный,поиск,3,3.0300005164463073e-05
|
||||||
|
HashTable,отсортированный,удаление,3,1.870000414783135e-05
|
||||||
|
HashTable,отсортированный,вставка,4,0.001106600000639446
|
||||||
|
HashTable,отсортированный,поиск,4,3.139999898849055e-05
|
||||||
|
HashTable,отсортированный,удаление,4,1.8799997633323073e-05
|
||||||
|
HashTable,отсортированный,вставка,5,0.0009694999971543439
|
||||||
|
HashTable,отсортированный,поиск,5,3.060000017285347e-05
|
||||||
|
HashTable,отсортированный,удаление,5,1.8200000340584666e-05
|
||||||
|
BST,случайный,вставка,1,0.004694000002928078
|
||||||
|
BST,случайный,поиск,1,0.00013359999866224825
|
||||||
|
BST,случайный,удаление,1,8.38999985717237e-05
|
||||||
|
BST,случайный,вставка,2,0.004346499998064246
|
||||||
|
BST,случайный,поиск,2,0.0002164999968954362
|
||||||
|
BST,случайный,удаление,2,0.00016500000492669642
|
||||||
|
BST,случайный,вставка,3,0.004590399999869987
|
||||||
|
BST,случайный,поиск,3,0.0001371000034851022
|
||||||
|
BST,случайный,удаление,3,8.090000483207405e-05
|
||||||
|
BST,случайный,вставка,4,0.004372099996544421
|
||||||
|
BST,случайный,поиск,4,0.00012819999392377213
|
||||||
|
BST,случайный,удаление,4,7.929999992484227e-05
|
||||||
|
BST,случайный,вставка,5,0.004390299996885005
|
||||||
|
BST,случайный,поиск,5,0.00013029999536229298
|
||||||
|
BST,случайный,удаление,5,7.74000000092201e-05
|
||||||
|
BST,отсортированный,вставка,1,0.7734344999989844
|
||||||
|
BST,отсортированный,поиск,1,0.018798999997670762
|
||||||
|
BST,отсортированный,удаление,1,0.01326369999878807
|
||||||
|
BST,отсортированный,вставка,2,0.7684502999982215
|
||||||
|
BST,отсортированный,поиск,2,0.019605599998612888
|
||||||
|
BST,отсортированный,удаление,2,0.013238500003353693
|
||||||
|
BST,отсортированный,вставка,3,0.7711517999996431
|
||||||
|
BST,отсортированный,поиск,3,0.018355100000917446
|
||||||
|
BST,отсортированный,удаление,3,0.012963099994522054
|
||||||
|
BST,отсортированный,вставка,4,0.787827299995115
|
||||||
|
BST,отсортированный,поиск,4,0.019717699993634596
|
||||||
|
BST,отсортированный,удаление,4,0.013514999998733401
|
||||||
|
BST,отсортированный,вставка,5,0.7936753000030876
|
||||||
|
BST,отсортированный,поиск,5,0.019170500003383495
|
||||||
|
BST,отсортированный,удаление,5,0.01344999999855645
|
||||||
|
Loading…
Reference in New Issue
Block a user