2026-rff_mp/osipovamd/maze_project/experiment.py

283 lines
13 KiB
Python
Raw Normal View History

2026-05-27 19:49:24 +00:00
"""
Экспериментальный запуск для всех лабиринтов и алгоритмов
Создание CSV и графиков
"""
import os
import csv
from datetime import datetime
from maze_model import Maze
from maze_builder import TextFileMazeBuilder
from pathfinding_strategies import BFSStrategy, DFSStrategy, AStarStrategy
from maze_solver import MazeSolver, SearchStats
class ExperimentRunner:
def __init__(self):
self.all_results = []
self.labirints = {
'labirint1.txt': 'Маленький (10x10) с простым путём',
'labirint2.txt': 'Средний (50x50) с тупиками',
'labirint3.txt': 'Большой (100x100) запутанный',
'labirint4.txt': 'Пустой (20x20) без стен',
'labirint5.txt': 'Без выхода (20x20)'
}
self.strategies = [
BFSStrategy(),
DFSStrategy(),
AStarStrategy()
]
def run_all_experiments(self):
"""Запускает эксперименты для всех лабиринтов и алгоритмов"""
print("\n" + "="*70)
print("ЗАПУСК ЭКСПЕРИМЕНТОВ")
print("="*70)
builder = TextFileMazeBuilder()
for filename, description in self.labirints.items():
if not os.path.exists(filename):
print(f"\n⚠️ Файл {filename} не найден, пропускаем...")
continue
print(f"\n📁 Лабиринт: {description}")
print(f" Файл: {filename}")
print("-" * 50)
try:
maze = builder.build_from_file(filename)
maze_name = filename.replace('.txt', '')
for strategy in self.strategies:
print(f" Тестирование {strategy.get_name()}...", end=" ", flush=True)
solver = MazeSolver(maze, maze_name, strategy)
path, stats = solver.solve_with_stats()
self.all_results.append({
'лабиринт': description,
'стратегия': stats.algorithm_name,
'время_мс': stats.execution_time_ms,
'посещено_клеток': stats.visited_cells,
'длина_пути': stats.path_length,
'путь_найден': 'Да' if stats.path_found else 'Нет',
'размер': stats.maze_size
})
print(f"готово! время={stats.execution_time_ms:.3f}мс, путь={stats.path_length}")
except Exception as e:
print(f" ❌ Ошибка: {e}")
print("\n" + "="*70)
print("ЭКСПЕРИМЕНТЫ ЗАВЕРШЕНЫ")
print("="*70)
def save_to_csv(self, filename="experiment_results.csv"):
"""Сохраняет результаты в CSV"""
if not self.all_results:
print("Нет результатов для сохранения!")
return
with open(filename, 'w', newline='', encoding='utf-8-sig') as f:
fieldnames = ['лабиринт', 'стратегия', 'время_мс', 'посещено_клеток', 'длина_пути', 'путь_найден', 'размер']
writer = csv.DictWriter(f, fieldnames=fieldnames)
writer.writeheader()
writer.writerows(self.all_results)
print(f"\n✅ Результаты сохранены в {filename}")
# Показываем содержимое CSV
print("\n" + "="*70)
print("СОДЕРЖИМОЕ CSV ФАЙЛА:")
print("="*70)
with open(filename, 'r', encoding='utf-8-sig') as f:
print(f.read())
def create_charts(self):
"""Создаёт графики для каждого лабиринта"""
try:
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
print("\n" + "="*70)
print("ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ")
print("="*70)
# Группируем результаты по лабиринтам
results_by_maze = {}
for result in self.all_results:
maze = result['лабиринт']
if maze not in results_by_maze:
results_by_maze[maze] = []
results_by_maze[maze].append(result)
# Для каждого лабиринта создаём отдельный график
for maze_name, maze_results in results_by_maze.items():
fig, axes = plt.subplots(1, 3, figsize=(15, 5))
fig.suptitle(f'Сравнение алгоритмов: {maze_name}', fontsize=14, fontweight='bold')
algorithms = [r['стратегия'] for r in maze_results]
# График 1: Время выполнения
times = [r['время_мс'] for r in maze_results]
bars1 = axes[0].bar(algorithms, times, color=['blue', 'green', 'red'])
axes[0].set_ylabel('Время (мс)')
axes[0].set_title('Время выполнения')
axes[0].tick_params(axis='x', rotation=15)
for bar, val in zip(bars1, times):
axes[0].text(bar.get_x() + bar.get_width()/2, bar.get_height() + 0.5,
f'{val:.3f}', ha='center', va='bottom', fontsize=9)
# График 2: Посещённые клетки
visited = [r['посещено_клеток'] for r in maze_results]
bars2 = axes[1].bar(algorithms, visited, color=['blue', 'green', 'red'])
axes[1].set_ylabel('Количество клеток')
axes[1].set_title('Посещённые клетки')
axes[1].tick_params(axis='x', rotation=15)
for bar, val in zip(bars2, visited):
axes[1].text(bar.get_x() + bar.get_width()/2, bar.get_height() + 1,
f'{val:.0f}', ha='center', va='bottom', fontsize=9)
# График 3: Длина пути
lengths = [r['длина_пути'] for r in maze_results]
bars3 = axes[2].bar(algorithms, lengths, color=['blue', 'green', 'red'])
axes[2].set_ylabel('Шагов')
axes[2].set_title('Длина найденного пути')
axes[2].tick_params(axis='x', rotation=15)
for bar, val in zip(bars3, lengths):
axes[2].text(bar.get_x() + bar.get_width()/2, bar.get_height() + 0.5,
f'{val:.0f}', ha='center', va='bottom', fontsize=9)
plt.tight_layout()
# Сохраняем график
safe_name = maze_name.replace(' ', '_').replace('(', '').replace(')', '').replace('×', 'x')
filename = f"chart_{safe_name}.png"
plt.savefig(filename, dpi=150, bbox_inches='tight')
print(f"✅ Сохранён: {filename}")
plt.close()
# Общий сводный график
self._create_summary_chart()
except ImportError:
print("\n⚠️ Для построения графиков установите matplotlib:")
print(" pip install matplotlib numpy")
def _create_summary_chart(self):
"""Создаёт сводный график по всем лабиринтам"""
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
fig, axes = plt.subplots(2, 2, figsize=(14, 10))
fig.suptitle('Сводное сравнение алгоритмов по всем лабиринтам', fontsize=14, fontweight='bold')
# Получаем уникальные лабиринты и алгоритмы
mazes = list(set([r['лабиринт'] for r in self.all_results]))
algorithms = ['BFS (Поиск в ширину)', 'DFS (Поиск в глубину)', 'A* (A-Star)']
# 1. Время по лабиринтам
ax1 = axes[0, 0]
x = np.arange(len(mazes))
width = 0.25
for i, algo in enumerate(algorithms):
times = []
for maze in mazes:
result = next((r for r in self.all_results if r['лабиринт'] == maze and r['стратегия'] == algo), None)
times.append(result['время_мс'] if result else 0)
bars = ax1.bar(x + (i - 1) * width, times, width, label=algo)
for bar, val in zip(bars, times):
if val > 0:
ax1.text(bar.get_x() + bar.get_width()/2, bar.get_height() + 0.5,
f'{val:.1f}', ha='center', va='bottom', fontsize=7)
ax1.set_xlabel('Лабиринт')
ax1.set_ylabel('Время (мс)')
ax1.set_title('Сравнение времени выполнения')
ax1.set_xticks(x)
ax1.set_xticklabels([m[:20] for m in mazes], rotation=45, ha='right')
ax1.legend()
# 2. Посещённые клетки
ax2 = axes[0, 1]
for i, algo in enumerate(algorithms):
visited = []
for maze in mazes:
result = next((r for r in self.all_results if r['лабиринт'] == maze and r['стратегия'] == algo), None)
visited.append(result['посещено_клеток'] if result else 0)
bars = ax2.bar(x + (i - 1) * width, visited, width, label=algo)
for bar, val in zip(bars, visited):
if val > 0:
ax2.text(bar.get_x() + bar.get_width()/2, bar.get_height() + 5,
f'{val:.0f}', ha='center', va='bottom', fontsize=7)
ax2.set_xlabel('Лабиринт')
ax2.set_ylabel('Посещённые клетки')
ax2.set_title('Сравнение посещённых клеток')
ax2.set_xticks(x)
ax2.set_xticklabels([m[:20] for m in mazes], rotation=45, ha='right')
ax2.legend()
# 3. Длина пути
ax3 = axes[1, 0]
for i, algo in enumerate(algorithms):
lengths = []
for maze in mazes:
result = next((r for r in self.all_results if r['лабиринт'] == maze and r['стратегия'] == algo), None)
lengths.append(result['длина_пути'] if result else 0)
bars = ax3.bar(x + (i - 1) * width, lengths, width, label=algo)
for bar, val in zip(bars, lengths):
if val > 0:
ax3.text(bar.get_x() + bar.get_width()/2, bar.get_height() + 1,
f'{val:.0f}', ha='center', va='bottom', fontsize=7)
ax3.set_xlabel('Лабиринт')
ax3.set_ylabel('Длина пути (шагов)')
ax3.set_title('Сравнение длины пути')
ax3.set_xticks(x)
ax3.set_xticklabels([m[:20] for m in mazes], rotation=45, ha='right')
ax3.legend()
# 4. Таблица результатов
ax4 = axes[1, 1]
ax4.axis('tight')
ax4.axis('off')
# Создаём таблицу
table_data = []
for maze in mazes:
row = [maze[:25]]
for algo in algorithms:
result = next((r for r in self.all_results if r['лабиринт'] == maze and r['стратегия'] == algo), None)
if result:
row.append(f"{result['время_мс']:.1f}мс")
else:
row.append("-")
table_data.append(row)
columns = ['Лабиринт', 'BFS', 'DFS', 'A*']
table = ax4.table(cellText=table_data, colLabels=columns, cellLoc='center', loc='center')
table.auto_set_font_size(False)
table.set_fontsize(9)
table.scale(1.2, 1.5)
ax4.set_title('Сводная таблица (время в мс)', fontsize=10)
plt.tight_layout()
plt.savefig('summary_chart.png', dpi=150, bbox_inches='tight')
print("Сохранён: summary_chart.png")
plt.close()
def main():
runner = ExperimentRunner()
runner.run_all_experiments()
runner.save_to_csv("experiment_results.csv")
runner.create_charts()
if __name__ == "__main__":
main()