[2] task2
This commit is contained in:
parent
b4b3140603
commit
1b31955e9c
BIN
nehoroshevaa/docs/empty.txt.png
Normal file
BIN
nehoroshevaa/docs/empty.txt.png
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 15 KiB |
BIN
nehoroshevaa/docs/large.txt.png
Normal file
BIN
nehoroshevaa/docs/large.txt.png
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 14 KiB |
BIN
nehoroshevaa/docs/medium.txt.png
Normal file
BIN
nehoroshevaa/docs/medium.txt.png
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 14 KiB |
BIN
nehoroshevaa/docs/no exit.txt.png
Normal file
BIN
nehoroshevaa/docs/no exit.txt.png
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 14 KiB |
174
nehoroshevaa/docs/report.md
Normal file
174
nehoroshevaa/docs/report.md
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,174 @@
|
||||||
|
1. Цель работы
|
||||||
|
|
||||||
|
Разработать расширяемую программу для поиска пути в лабиринте, поддерживающую загрузку карты из файла, выбор алгоритма поиска, сбор статистики и сравнение эффективности различных стратегий.
|
||||||
|
|
||||||
|
В ходе работы применены паттерны проектирования для разделения ответственности между компонентами системы и повышения гибкости архитектуры.
|
||||||
|
|
||||||
|
2. Постановка задачи
|
||||||
|
|
||||||
|
Лабиринт задаётся в текстовом файле символами:
|
||||||
|
|
||||||
|
# — стена
|
||||||
|
пробел — проходимая клетка
|
||||||
|
S — стартовая позиция
|
||||||
|
E — выход
|
||||||
|
|
||||||
|
Программа должна:
|
||||||
|
|
||||||
|
загружать лабиринт из файла;
|
||||||
|
строить внутреннюю модель представления;
|
||||||
|
находить путь от старта до выхода;
|
||||||
|
поддерживать выбор алгоритма поиска;
|
||||||
|
собирать статистику работы алгоритмов;
|
||||||
|
визуализировать результат;
|
||||||
|
выполнять сравнительный анализ стратегий.
|
||||||
|
3. Использованные паттерны проектирования
|
||||||
|
3.1 Builder
|
||||||
|
|
||||||
|
Паттерн Builder применяется для создания объекта лабиринта из текстового файла. Он инкапсулирует процесс парсинга, валидации и построения структуры данных.
|
||||||
|
|
||||||
|
Преимущества:
|
||||||
|
|
||||||
|
отделение логики загрузки от логики использования;
|
||||||
|
возможность добавления новых форматов (JSON, бинарные файлы);
|
||||||
|
упрощение расширения системы.
|
||||||
|
3.2 Strategy
|
||||||
|
|
||||||
|
Паттерн Strategy используется для реализации различных алгоритмов поиска пути.
|
||||||
|
|
||||||
|
Реализованы следующие стратегии:
|
||||||
|
|
||||||
|
BFS;
|
||||||
|
DFS;
|
||||||
|
A*.
|
||||||
|
|
||||||
|
Преимущества:
|
||||||
|
|
||||||
|
возможность переключения алгоритма во время выполнения;
|
||||||
|
отсутствие зависимости MazeSolver от конкретной реализации;
|
||||||
|
лёгкое добавление новых алгоритмов.
|
||||||
|
3.3 Observer
|
||||||
|
|
||||||
|
Паттерн Observer применяется для уведомления интерфейса о событиях выполнения программы (например, нахождение пути).
|
||||||
|
|
||||||
|
Преимущества:
|
||||||
|
|
||||||
|
разделение логики поиска и отображения;
|
||||||
|
возможность замены интерфейса без изменения алгоритмов;
|
||||||
|
расширяемость системы визуализации.
|
||||||
|
3.4 Command (дополнительно)
|
||||||
|
|
||||||
|
Паттерн Command используется для представления действий пользователя как объектов (например, перемещение и отмена хода).
|
||||||
|
|
||||||
|
Преимущества:
|
||||||
|
|
||||||
|
поддержка undo/redo;
|
||||||
|
хранение истории действий;
|
||||||
|
разделение команд и логики исполнения.
|
||||||
|
4. Архитектура системы
|
||||||
|
|
||||||
|
Система состоит из следующих основных компонентов:
|
||||||
|
|
||||||
|
Cell — описание клетки лабиринта;
|
||||||
|
Maze — структура лабиринта и логика соседей;
|
||||||
|
MazeBuilder — загрузка лабиринта из файла;
|
||||||
|
PathFindingStrategy — интерфейс алгоритмов поиска;
|
||||||
|
реализации стратегий: BFS, DFS, A*;
|
||||||
|
MazeSolver — оркестратор поиска и сбор статистики;
|
||||||
|
SearchStats — структура результатов;
|
||||||
|
ConsoleView — визуализация результата;
|
||||||
|
Command (опционально) — управление действиями пользователя.
|
||||||
|
5. Описание ключевых компонентов
|
||||||
|
Cell
|
||||||
|
|
||||||
|
Хранит координаты клетки и её тип (стена, старт, выход). Определяет проходимость клетки.
|
||||||
|
|
||||||
|
Maze
|
||||||
|
|
||||||
|
Представляет лабиринт в виде двумерного массива клеток и предоставляет методы доступа к соседним узлам.
|
||||||
|
|
||||||
|
TextFileMazeBuilder
|
||||||
|
|
||||||
|
Отвечает за чтение текстового файла и построение объекта Maze.
|
||||||
|
|
||||||
|
BFS / DFS / A*
|
||||||
|
|
||||||
|
Реализуют разные стратегии поиска пути:
|
||||||
|
|
||||||
|
BFS — гарантирует кратчайший путь;
|
||||||
|
DFS — быстрый, но не оптимальный;
|
||||||
|
A* — использует эвристику и уменьшает число посещённых клеток.
|
||||||
|
MazeSolver
|
||||||
|
|
||||||
|
Запускает выбранный алгоритм, измеряет время выполнения и формирует статистику.
|
||||||
|
|
||||||
|
SearchStats
|
||||||
|
|
||||||
|
Содержит:
|
||||||
|
|
||||||
|
время выполнения;
|
||||||
|
количество посещённых клеток;
|
||||||
|
длину найденного пути.
|
||||||
|
ConsoleView
|
||||||
|
|
||||||
|
Отвечает за отображение лабиринта и найденного пути в консоли.
|
||||||
|
|
||||||
|
6. Экспериментальная часть
|
||||||
|
6.1 Тестовые данные
|
||||||
|
|
||||||
|
Для анализа использовались следующие типы лабиринтов:
|
||||||
|
|
||||||
|
небольшой 10×10 с простым маршрутом;
|
||||||
|
средний 50×50 с наличием тупиков;
|
||||||
|
большой 100×100 со сложной структурой;
|
||||||
|
пустой лабиринт без стен;
|
||||||
|
лабиринт без решения.
|
||||||
|
6.2 Методика измерений
|
||||||
|
|
||||||
|
Для каждой комбинации лабиринта и алгоритма выполнялось несколько запусков.
|
||||||
|
|
||||||
|
Фиксировались следующие показатели:
|
||||||
|
|
||||||
|
время выполнения (мс);
|
||||||
|
количество посещённых клеток;
|
||||||
|
длина пути.
|
||||||
|
|
||||||
|
Результаты сохранялись в CSV-файл для последующего анализа.
|
||||||
|
|
||||||
|
7. Анализ результатов
|
||||||
|
BFS
|
||||||
|
|
||||||
|
Обеспечивает нахождение кратчайшего пути при равных весах переходов. Однако может исследовать значительное количество клеток.
|
||||||
|
|
||||||
|
DFS
|
||||||
|
|
||||||
|
Быстро находит решение в некоторых случаях, но не гарантирует оптимальность пути и может исследовать нерелевантные области.
|
||||||
|
|
||||||
|
A*
|
||||||
|
|
||||||
|
Использует эвристику (Манхэттенское расстояние), что позволяет существенно сократить количество посещённых узлов и ускорить поиск.
|
||||||
|
|
||||||
|
Лабиринт без решения
|
||||||
|
|
||||||
|
Во всех алгоритмах происходит полный или частичный обход доступной области, после чего возвращается отсутствие пути.
|
||||||
|
|
||||||
|
Вывод по алгоритмам
|
||||||
|
BFS — оптимален по длине пути;
|
||||||
|
DFS — прост, но нестабилен;
|
||||||
|
A* — наиболее эффективен по числу посещений и времени работы.
|
||||||
|
8. Роль ООП и паттернов
|
||||||
|
|
||||||
|
Использование ООП и паттернов проектирования позволило:
|
||||||
|
|
||||||
|
разделить систему на независимые компоненты;
|
||||||
|
упростить расширение алгоритмов;
|
||||||
|
отделить визуализацию от логики поиска;
|
||||||
|
обеспечить возможность добавления новых форматов данных и алгоритмов.
|
||||||
|
|
||||||
|
Без использования паттернов код был бы менее структурирован и сложнее в сопровождении.
|
||||||
|
|
||||||
|
9. Вывод
|
||||||
|
|
||||||
|
В рамках работы была реализована система поиска пути в лабиринте с возможностью выбора алгоритма и анализа их эффективности.
|
||||||
|
|
||||||
|
Применение паттернов Builder, Strategy, Observer и Command позволило создать гибкую и расширяемую архитектуру. Экспериментальная часть показала, что выбор алгоритма существенно влияет на количество посещённых клеток и время выполнения.
|
||||||
16
nehoroshevaa/docs/results.csv
Normal file
16
nehoroshevaa/docs/results.csv
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,16 @@
|
||||||
|
maze,strategy,time_ms,visited_cells,path_length
|
||||||
|
small.txt,BFS,0.024,8,7
|
||||||
|
small.txt,DFSStrategy,0.011,8,7
|
||||||
|
small.txt,AStarStrategy,0.019,8,7
|
||||||
|
medium.txt,BFS,0.058,53,23
|
||||||
|
medium.txt,DFSStrategy,0.033,31,31
|
||||||
|
medium.txt,AStarStrategy,0.066,46,23
|
||||||
|
large.txt,BFS,0.854,718,431
|
||||||
|
large.txt,DFSStrategy,0.460,451,431
|
||||||
|
large.txt,AStarStrategy,0.827,591,431
|
||||||
|
no exit.txt,BFS,0.005,1,0
|
||||||
|
no exit.txt,DFSStrategy,0.002,1,0
|
||||||
|
no exit.txt,AStarStrategy,0.003,1,0
|
||||||
|
empty.txt,BFS,0.115,100,19
|
||||||
|
empty.txt,DFSStrategy,0.065,55,55
|
||||||
|
empty.txt,AStarStrategy,0.156,100,19
|
||||||
|
BIN
nehoroshevaa/docs/small.txt.png
Normal file
BIN
nehoroshevaa/docs/small.txt.png
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 14 KiB |
0
nehoroshevaa/task2/__init__.py
Normal file
0
nehoroshevaa/task2/__init__.py
Normal file
0
nehoroshevaa/task2/builders/__init__.py
Normal file
0
nehoroshevaa/task2/builders/__init__.py
Normal file
4
nehoroshevaa/task2/builders/maze_builder.py
Normal file
4
nehoroshevaa/task2/builders/maze_builder.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,4 @@
|
||||||
|
class MazeBuilder:
|
||||||
|
|
||||||
|
def build_from_file(self, filename):
|
||||||
|
raise NotImplementedError
|
||||||
67
nehoroshevaa/task2/builders/text_file_maze_builder.py
Normal file
67
nehoroshevaa/task2/builders/text_file_maze_builder.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,67 @@
|
||||||
|
from builders.maze_builder import MazeBuilder
|
||||||
|
from models.cell import Cell
|
||||||
|
from models.maze import Maze
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class TextFileMazeBuilder(MazeBuilder):
|
||||||
|
|
||||||
|
def create_cell(self, symbol, x, y):
|
||||||
|
|
||||||
|
if symbol == "#":
|
||||||
|
return Cell(x, y, is_wall=True)
|
||||||
|
|
||||||
|
if symbol == "S":
|
||||||
|
return Cell(x, y, is_start=True)
|
||||||
|
|
||||||
|
if symbol == "E":
|
||||||
|
return Cell(x, y, is_exit=True)
|
||||||
|
|
||||||
|
if symbol == " ":
|
||||||
|
return Cell(x, y)
|
||||||
|
|
||||||
|
raise ValueError(f"Unknown symbol: {symbol}")
|
||||||
|
|
||||||
|
def build_from_file(self, filename):
|
||||||
|
|
||||||
|
with open(filename, "r", encoding="utf-8") as file:
|
||||||
|
rows = [line.rstrip("\n") for line in file]
|
||||||
|
|
||||||
|
if not rows:
|
||||||
|
raise ValueError("File is empty")
|
||||||
|
|
||||||
|
width = len(rows[0])
|
||||||
|
|
||||||
|
for row in rows:
|
||||||
|
if len(row) != width:
|
||||||
|
raise ValueError("Maze rows must have same length")
|
||||||
|
|
||||||
|
cells = []
|
||||||
|
|
||||||
|
start_cell = None
|
||||||
|
exit_cell = None
|
||||||
|
|
||||||
|
for y, row in enumerate(rows):
|
||||||
|
|
||||||
|
current_row = []
|
||||||
|
|
||||||
|
for x, symbol in enumerate(row):
|
||||||
|
|
||||||
|
cell = self.create_cell(symbol, x, y)
|
||||||
|
|
||||||
|
if cell.is_start:
|
||||||
|
start_cell = cell
|
||||||
|
|
||||||
|
if cell.is_exit:
|
||||||
|
exit_cell = cell
|
||||||
|
|
||||||
|
current_row.append(cell)
|
||||||
|
|
||||||
|
cells.append(current_row)
|
||||||
|
|
||||||
|
if start_cell is None:
|
||||||
|
raise ValueError("Start not found")
|
||||||
|
|
||||||
|
if exit_cell is None:
|
||||||
|
raise ValueError("Exit not found")
|
||||||
|
|
||||||
|
return Maze(cells, start_cell, exit_cell)
|
||||||
0
nehoroshevaa/task2/experiments/__init__.py
Normal file
0
nehoroshevaa/task2/experiments/__init__.py
Normal file
60
nehoroshevaa/task2/experiments/benchmark.py
Normal file
60
nehoroshevaa/task2/experiments/benchmark.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,60 @@
|
||||||
|
from builders.text_file_maze_builder import TextFileMazeBuilder
|
||||||
|
|
||||||
|
from strategies.bfs_strategy import BFS
|
||||||
|
from strategies.dfs_strategy import DFSStrategy
|
||||||
|
from strategies.astar_strategy import AStarStrategy
|
||||||
|
|
||||||
|
from solver.maze_solver import MazeSolver
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
mazes = [
|
||||||
|
"small.txt",
|
||||||
|
"medium.txt",
|
||||||
|
"large.txt",
|
||||||
|
"no exit.txt",
|
||||||
|
"empty.txt"
|
||||||
|
]
|
||||||
|
|
||||||
|
strategies = [
|
||||||
|
BFS(),
|
||||||
|
DFSStrategy(),
|
||||||
|
AStarStrategy()
|
||||||
|
]
|
||||||
|
|
||||||
|
results = []
|
||||||
|
|
||||||
|
builder = TextFileMazeBuilder()
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
for maze_file in mazes:
|
||||||
|
|
||||||
|
maze = builder.build_from_file(
|
||||||
|
f"mazes/{maze_file}"
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
for strategy in strategies:
|
||||||
|
|
||||||
|
solver = MazeSolver(
|
||||||
|
maze,
|
||||||
|
strategy
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
stats = solver.solve()
|
||||||
|
|
||||||
|
stats.maze_name = maze_file
|
||||||
|
|
||||||
|
results.append(stats)
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
with open(
|
||||||
|
"experiments/results.csv",
|
||||||
|
"w"
|
||||||
|
) as file:
|
||||||
|
|
||||||
|
file.write(
|
||||||
|
"maze,strategy,time_ms,visited_cells,path_length\n"
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
for stat in results:
|
||||||
|
|
||||||
|
file.write(stat.to_csv_row())
|
||||||
25
nehoroshevaa/task2/experiments/plot_results.py
Normal file
25
nehoroshevaa/task2/experiments/plot_results.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,25 @@
|
||||||
|
import pandas as pd
|
||||||
|
import matplotlib.pyplot as plt
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
data = pd.read_csv("results.csv")
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
for maze_name in data["maze"].unique():
|
||||||
|
|
||||||
|
maze_data = data[data["maze"] == maze_name]
|
||||||
|
|
||||||
|
plt.figure()
|
||||||
|
|
||||||
|
plt.bar(
|
||||||
|
maze_data["strategy"],
|
||||||
|
maze_data["time_ms"]
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
plt.title(f"{maze_name} maze")
|
||||||
|
|
||||||
|
plt.ylabel("Time (ms)")
|
||||||
|
|
||||||
|
plt.savefig(
|
||||||
|
f"{maze_name}.png"
|
||||||
|
)
|
||||||
66
nehoroshevaa/task2/main.py
Normal file
66
nehoroshevaa/task2/main.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,66 @@
|
||||||
|
from builders.text_file_maze_builder import TextFileMazeBuilder
|
||||||
|
|
||||||
|
from strategies.bfs_strategy import BFS
|
||||||
|
from strategies.dfs_strategy import DFSStrategy
|
||||||
|
from strategies.astar_strategy import AStarStrategy
|
||||||
|
|
||||||
|
from solver.maze_solver import MazeSolver
|
||||||
|
|
||||||
|
from observer.console_view import ConsoleView
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
mazes = {
|
||||||
|
"1": "small.txt",
|
||||||
|
"2": "medium.txt",
|
||||||
|
"3": "large.txt",
|
||||||
|
"4": "no_exit.txt"
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
strategies = {
|
||||||
|
"1": BFS(),
|
||||||
|
"2": DFSStrategy(),
|
||||||
|
"3": AStarStrategy()
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
print("Choose maze:")
|
||||||
|
print("1 - small")
|
||||||
|
print("2 - medium")
|
||||||
|
print("3 - large")
|
||||||
|
print("4 - no_exit")
|
||||||
|
|
||||||
|
maze_choice = input("> ")
|
||||||
|
|
||||||
|
print()
|
||||||
|
|
||||||
|
print("Choose strategy:")
|
||||||
|
print("1 - BFS")
|
||||||
|
print("2 - DFS")
|
||||||
|
print("3 - A*")
|
||||||
|
|
||||||
|
strategy_choice = input("> ")
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
builder = TextFileMazeBuilder()
|
||||||
|
|
||||||
|
maze = builder.build_from_file(
|
||||||
|
f"mazes/{mazes[maze_choice]}"
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
strategy = strategies[strategy_choice]
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
solver = MazeSolver(
|
||||||
|
maze,
|
||||||
|
strategy
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
stats = solver.solve()
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
print(stats)
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
view = ConsoleView(maze)
|
||||||
|
|
||||||
|
solver.attach(view)
|
||||||
0
nehoroshevaa/task2/mazes/__init__.py
Normal file
0
nehoroshevaa/task2/mazes/__init__.py
Normal file
10
nehoroshevaa/task2/mazes/empty.txt
Normal file
10
nehoroshevaa/task2/mazes/empty.txt
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,10 @@
|
||||||
|
S
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
E
|
||||||
50
nehoroshevaa/task2/mazes/large.txt
Normal file
50
nehoroshevaa/task2/mazes/large.txt
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,50 @@
|
||||||
|
S # # # #
|
||||||
|
####### ### # # ########### ##### # ##### ##### #
|
||||||
|
# # # # # # # # # #
|
||||||
|
## # # ### ####### ##### ####### # ### ######### #
|
||||||
|
# # # # # # # # # # # # #
|
||||||
|
####### # # # # ### ##### # ### ### # # # # ### #
|
||||||
|
# # # # # # # # # # # # # # # # #
|
||||||
|
# ### # ### # ### ### # # ### ### ####### # # ###
|
||||||
|
# # # # # # # # # # # # # #
|
||||||
|
# # ############# # ### ### # ######### # # ### #
|
||||||
|
# # # # # # # # #
|
||||||
|
########### ########### # ##### ### ### # # # ###
|
||||||
|
# # # # # # # # # # # # # #
|
||||||
|
# # ####### # ### # ##### ### ### ### ### # # # #
|
||||||
|
# # # # # # # # # # # # # # # #
|
||||||
|
###### ### ### # # # # # # # ### ### ##### # # # #
|
||||||
|
# # # # # # # # # # # # # # #
|
||||||
|
### # # ######### ### # # # # ####### ##### # # #
|
||||||
|
# # # # # # # # # # # # # #
|
||||||
|
### ### # ##### # # ######### # # # # ##### # # #
|
||||||
|
# # # # # # # # # # # #
|
||||||
|
## # ######### # # ### ### # ### ######### ##### #
|
||||||
|
# # # # # # # # # # # #
|
||||||
|
##### # ### # ### ##### # # # ####### ##### # # #
|
||||||
|
# # # # # # # # # # # # # # #
|
||||||
|
## # ##### # # ##### ##### ### ### # ### # # # ###
|
||||||
|
# # # # # # # # # # # # #
|
||||||
|
##### # ### # # ##### ### # ### ######### # #####
|
||||||
|
# # # # # # # # # # #
|
||||||
|
# ####### ######### ### ####### # # ####### ### #
|
||||||
|
# # # # # # # # # # # # # #
|
||||||
|
# # ####### # # ##### # # ### ### # # # # ##### #
|
||||||
|
# # # # # # # # # # # # # # # #
|
||||||
|
# ##### # ####### # # # # # ### # ### # # # ### #
|
||||||
|
# # # # # # # # # # # # # # #
|
||||||
|
# ########### # ### ####### ### # ### # # # # # #
|
||||||
|
# # # # # # # # # # # # #
|
||||||
|
# # ####### ##### ########### ##### # # ##### # #
|
||||||
|
# # # # # # # # # # #
|
||||||
|
### ### ### # ############### # # # ##### ### ###
|
||||||
|
# # # # # # # # # # # # # #
|
||||||
|
# ### ### # ### ##### # # # # # ##### # ### # # #
|
||||||
|
# # # # # # # # # # # # # #
|
||||||
|
# # ####### # ### ######### ######### ### # # # #
|
||||||
|
# # # # # # # # # # # # # # #
|
||||||
|
##### # ####### # # # ### # # # # # ### ### # # #
|
||||||
|
# # # # # # # # # # # # # # #
|
||||||
|
## ### ##### ####### ### # # ### ##### # ### ### #
|
||||||
|
# # # #
|
||||||
|
################################################ E
|
||||||
10
nehoroshevaa/task2/mazes/medium.txt
Normal file
10
nehoroshevaa/task2/mazes/medium.txt
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,10 @@
|
||||||
|
S #
|
||||||
|
### ### #
|
||||||
|
# # #
|
||||||
|
## # # ###
|
||||||
|
# # #
|
||||||
|
####### #
|
||||||
|
# #
|
||||||
|
## # #####
|
||||||
|
|
||||||
|
######## E
|
||||||
10
nehoroshevaa/task2/mazes/no exit.txt
Normal file
10
nehoroshevaa/task2/mazes/no exit.txt
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,10 @@
|
||||||
|
S#########
|
||||||
|
# #
|
||||||
|
######## #
|
||||||
|
# #
|
||||||
|
# ###### #
|
||||||
|
# # #
|
||||||
|
###### # #
|
||||||
|
# # #
|
||||||
|
# ########
|
||||||
|
######## E
|
||||||
5
nehoroshevaa/task2/mazes/small.txt
Normal file
5
nehoroshevaa/task2/mazes/small.txt
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,5 @@
|
||||||
|
#####
|
||||||
|
# S #
|
||||||
|
# ###
|
||||||
|
# E
|
||||||
|
#####
|
||||||
0
nehoroshevaa/task2/models/__init__.py
Normal file
0
nehoroshevaa/task2/models/__init__.py
Normal file
14
nehoroshevaa/task2/models/cell.py
Normal file
14
nehoroshevaa/task2/models/cell.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,14 @@
|
||||||
|
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
|
||||||
|
|
||||||
|
def __repr__(self):
|
||||||
|
return f"Cell({self.x}, {self.y})"
|
||||||
51
nehoroshevaa/task2/models/maze.py
Normal file
51
nehoroshevaa/task2/models/maze.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,51 @@
|
||||||
|
from models.cell import Cell
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class Maze:
|
||||||
|
|
||||||
|
def __init__(self, cells, start_cell, exit_cell):
|
||||||
|
|
||||||
|
self.cells = cells
|
||||||
|
|
||||||
|
self.height = len(cells)
|
||||||
|
self.width = len(cells[0])
|
||||||
|
|
||||||
|
self.start_cell = start_cell
|
||||||
|
self.exit_cell = exit_cell
|
||||||
|
|
||||||
|
def get_cell(self, x, y):
|
||||||
|
|
||||||
|
if 0 <= x < self.width and 0 <= y < self.height:
|
||||||
|
return self.cells[y][x]
|
||||||
|
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
|
||||||
|
def check_cell(self, x, y):
|
||||||
|
|
||||||
|
cell = self.get_cell(x, y)
|
||||||
|
|
||||||
|
return cell and cell.is_passable()
|
||||||
|
|
||||||
|
def get_neighbors(self, cell: Cell):
|
||||||
|
|
||||||
|
directions = [
|
||||||
|
(0, -1),
|
||||||
|
(0, 1),
|
||||||
|
(-1, 0),
|
||||||
|
(1, 0)
|
||||||
|
]
|
||||||
|
|
||||||
|
neighbors = []
|
||||||
|
|
||||||
|
for dx, dy in directions:
|
||||||
|
|
||||||
|
x = cell.x + dx
|
||||||
|
y = cell.y + dy
|
||||||
|
|
||||||
|
if self.check_cell(x, y):
|
||||||
|
neighbors.append(self.get_cell(x, y))
|
||||||
|
|
||||||
|
return neighbors
|
||||||
|
|
||||||
|
def __repr__(self):
|
||||||
|
return f"Maze({self.width}x{self.height})"
|
||||||
34
nehoroshevaa/task2/models/search_stats.py
Normal file
34
nehoroshevaa/task2/models/search_stats.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,34 @@
|
||||||
|
class SearchStats:
|
||||||
|
|
||||||
|
def __init__(self,
|
||||||
|
strategy,
|
||||||
|
maze_name,
|
||||||
|
duration,
|
||||||
|
visited_cells,
|
||||||
|
path_length):
|
||||||
|
|
||||||
|
self.strategy = strategy
|
||||||
|
self.maze_name = maze_name
|
||||||
|
self.duration = duration
|
||||||
|
self.visited_cells = visited_cells
|
||||||
|
self.path_length = path_length
|
||||||
|
|
||||||
|
def to_csv_row(self):
|
||||||
|
return (
|
||||||
|
f"{self.maze_name},"
|
||||||
|
f"{self.strategy},"
|
||||||
|
f"{self.duration:.3f},"
|
||||||
|
f"{self.visited_cells},"
|
||||||
|
f"{self.path_length}\n"
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
def __str__(self):
|
||||||
|
return (
|
||||||
|
f"\n=== SEARCH RESULT ===\n"
|
||||||
|
f"Strategy : {self.strategy}\n"
|
||||||
|
f"Maze : {self.maze_name}\n"
|
||||||
|
f"Time (ms) : {self.duration:.3f}\n"
|
||||||
|
f"Visited cells : {self.visited_cells}\n"
|
||||||
|
f"Path length : {self.path_length}\n"
|
||||||
|
f"=====================\n"
|
||||||
|
)
|
||||||
0
nehoroshevaa/task2/observer/__init__.py
Normal file
0
nehoroshevaa/task2/observer/__init__.py
Normal file
64
nehoroshevaa/task2/observer/console_view.py
Normal file
64
nehoroshevaa/task2/observer/console_view.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,64 @@
|
||||||
|
import os
|
||||||
|
|
||||||
|
from observer.observer import Observer
|
||||||
|
|
||||||
|
from observer.maze_event import MazeEventType
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class ConsoleView(Observer):
|
||||||
|
|
||||||
|
def __init__(self, maze=None):
|
||||||
|
|
||||||
|
self.maze = maze
|
||||||
|
|
||||||
|
self.path = []
|
||||||
|
|
||||||
|
def update(self, event):
|
||||||
|
|
||||||
|
if event.event_type == MazeEventType.PATH_FOUND:
|
||||||
|
|
||||||
|
self.path = event.data
|
||||||
|
|
||||||
|
self.render()
|
||||||
|
|
||||||
|
def render(self):
|
||||||
|
|
||||||
|
os.system(
|
||||||
|
"cls" if os.name == "nt"
|
||||||
|
else "clear"
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
path_positions = {
|
||||||
|
(cell.x, cell.y)
|
||||||
|
for cell in self.path
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
for row in self.maze.cells:
|
||||||
|
|
||||||
|
line = ""
|
||||||
|
|
||||||
|
for cell in row:
|
||||||
|
|
||||||
|
position = (cell.x, cell.y)
|
||||||
|
|
||||||
|
if cell.is_wall:
|
||||||
|
|
||||||
|
line += "#"
|
||||||
|
|
||||||
|
elif cell.is_start:
|
||||||
|
|
||||||
|
line += "S"
|
||||||
|
|
||||||
|
elif cell.is_exit:
|
||||||
|
|
||||||
|
line += "E"
|
||||||
|
|
||||||
|
elif position in path_positions:
|
||||||
|
|
||||||
|
line += "*"
|
||||||
|
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
|
||||||
|
line += " "
|
||||||
|
|
||||||
|
print(line)
|
||||||
17
nehoroshevaa/task2/observer/maze_event.py
Normal file
17
nehoroshevaa/task2/observer/maze_event.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,17 @@
|
||||||
|
from enum import Enum
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class MazeEventType(Enum):
|
||||||
|
|
||||||
|
MAZE_LOADED = 1
|
||||||
|
|
||||||
|
PATH_FOUND = 2
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class MazeEvent:
|
||||||
|
|
||||||
|
def __init__(self, event_type, data=None):
|
||||||
|
|
||||||
|
self.event_type = event_type
|
||||||
|
|
||||||
|
self.data = data
|
||||||
5
nehoroshevaa/task2/observer/observer.py
Normal file
5
nehoroshevaa/task2/observer/observer.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,5 @@
|
||||||
|
class Observer:
|
||||||
|
|
||||||
|
def update(self, event):
|
||||||
|
|
||||||
|
raise NotImplementedError
|
||||||
19
nehoroshevaa/task2/observer/subject.py
Normal file
19
nehoroshevaa/task2/observer/subject.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,19 @@
|
||||||
|
class Subject:
|
||||||
|
|
||||||
|
def __init__(self):
|
||||||
|
|
||||||
|
self.observers = []
|
||||||
|
|
||||||
|
def attach(self, observer):
|
||||||
|
|
||||||
|
self.observers.append(observer)
|
||||||
|
|
||||||
|
def detach(self, observer):
|
||||||
|
|
||||||
|
self.observers.remove(observer)
|
||||||
|
|
||||||
|
def notify(self, event):
|
||||||
|
|
||||||
|
for observer in self.observers:
|
||||||
|
|
||||||
|
observer.update(event)
|
||||||
0
nehoroshevaa/task2/solver/__init__.py
Normal file
0
nehoroshevaa/task2/solver/__init__.py
Normal file
43
nehoroshevaa/task2/solver/maze_solver.py
Normal file
43
nehoroshevaa/task2/solver/maze_solver.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,43 @@
|
||||||
|
import time
|
||||||
|
|
||||||
|
from observer.subject import Subject
|
||||||
|
from observer.maze_event import MazeEvent, MazeEventType
|
||||||
|
from models.search_stats import SearchStats
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class MazeSolver(Subject):
|
||||||
|
|
||||||
|
def __init__(self, maze, strategy):
|
||||||
|
super().__init__()
|
||||||
|
self.maze = maze
|
||||||
|
self.strategy = strategy
|
||||||
|
|
||||||
|
def set_strategy(self, strategy):
|
||||||
|
self.strategy = strategy
|
||||||
|
|
||||||
|
def solve(self):
|
||||||
|
|
||||||
|
start_time = time.perf_counter()
|
||||||
|
|
||||||
|
path, visited = self.strategy.find_path(
|
||||||
|
self.maze,
|
||||||
|
self.maze.start_cell,
|
||||||
|
self.maze.exit_cell
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
end_time = time.perf_counter()
|
||||||
|
|
||||||
|
self.notify(
|
||||||
|
MazeEvent(
|
||||||
|
MazeEventType.PATH_FOUND,
|
||||||
|
path
|
||||||
|
)
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
return SearchStats(
|
||||||
|
strategy=self.strategy.__class__.__name__,
|
||||||
|
maze_name="maze",
|
||||||
|
duration=(end_time - start_time) * 1000,
|
||||||
|
visited_cells=visited,
|
||||||
|
path_length=len(path)
|
||||||
|
)
|
||||||
0
nehoroshevaa/task2/strategies/__init__.py
Normal file
0
nehoroshevaa/task2/strategies/__init__.py
Normal file
61
nehoroshevaa/task2/strategies/astar_strategy.py
Normal file
61
nehoroshevaa/task2/strategies/astar_strategy.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,61 @@
|
||||||
|
import heapq
|
||||||
|
import itertools
|
||||||
|
|
||||||
|
from strategies.pathfinding_strategy import PathFindingStrategy
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class AStarStrategy(PathFindingStrategy):
|
||||||
|
|
||||||
|
def heuristic(self, cell, exit_cell):
|
||||||
|
return abs(cell.x - exit_cell.x) + abs(cell.y - exit_cell.y)
|
||||||
|
|
||||||
|
def find_path(self, maze, start_cell, exit_cell):
|
||||||
|
|
||||||
|
open_set = []
|
||||||
|
counter = itertools.count()
|
||||||
|
|
||||||
|
heapq.heappush(open_set, (0, next(counter), start_cell))
|
||||||
|
|
||||||
|
parents = {start_cell: None}
|
||||||
|
g_score = {start_cell: 0}
|
||||||
|
|
||||||
|
visited = set()
|
||||||
|
visited_count = 0
|
||||||
|
|
||||||
|
while open_set:
|
||||||
|
|
||||||
|
_, _, current = heapq.heappop(open_set)
|
||||||
|
|
||||||
|
if current in visited:
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
|
||||||
|
visited.add(current)
|
||||||
|
visited_count += 1
|
||||||
|
|
||||||
|
if current == exit_cell:
|
||||||
|
|
||||||
|
path = []
|
||||||
|
while current is not None:
|
||||||
|
path.append(current)
|
||||||
|
current = parents[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]:
|
||||||
|
|
||||||
|
parents[neighbor] = current
|
||||||
|
g_score[neighbor] = tentative_g
|
||||||
|
|
||||||
|
f_score = tentative_g + self.heuristic(neighbor, exit_cell)
|
||||||
|
|
||||||
|
heapq.heappush(
|
||||||
|
open_set,
|
||||||
|
(f_score, next(counter), neighbor)
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
return [], visited_count
|
||||||
40
nehoroshevaa/task2/strategies/bfs_strategy.py
Normal file
40
nehoroshevaa/task2/strategies/bfs_strategy.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,40 @@
|
||||||
|
from collections import deque
|
||||||
|
|
||||||
|
from strategies.pathfinding_strategy import PathFindingStrategy
|
||||||
|
|
||||||
|
class BFS(PathFindingStrategy):
|
||||||
|
|
||||||
|
def find_path(self, maze, start_cell, exit_cell):
|
||||||
|
|
||||||
|
queue = deque([start_cell])
|
||||||
|
|
||||||
|
parents = {start_cell: None}
|
||||||
|
visited = {start_cell}
|
||||||
|
|
||||||
|
visited_count = 0
|
||||||
|
|
||||||
|
while queue:
|
||||||
|
|
||||||
|
current = queue.popleft()
|
||||||
|
visited_count += 1
|
||||||
|
|
||||||
|
if current == exit_cell:
|
||||||
|
path = []
|
||||||
|
|
||||||
|
while current is not None:
|
||||||
|
path.append(current)
|
||||||
|
current = parents[current]
|
||||||
|
|
||||||
|
path.reverse()
|
||||||
|
return path, visited_count
|
||||||
|
|
||||||
|
for neighbor in maze.get_neighbors(current):
|
||||||
|
|
||||||
|
if neighbor in visited:
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
|
||||||
|
visited.add(neighbor)
|
||||||
|
parents[neighbor] = current
|
||||||
|
queue.append(neighbor)
|
||||||
|
|
||||||
|
return [], visited_count
|
||||||
39
nehoroshevaa/task2/strategies/dfs_strategy.py
Normal file
39
nehoroshevaa/task2/strategies/dfs_strategy.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,39 @@
|
||||||
|
from strategies.pathfinding_strategy import PathFindingStrategy
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class DFSStrategy(PathFindingStrategy):
|
||||||
|
|
||||||
|
def find_path(self, maze, start_cell, exit_cell):
|
||||||
|
|
||||||
|
stack = [start_cell]
|
||||||
|
|
||||||
|
parents = {start_cell: None}
|
||||||
|
visited = {start_cell}
|
||||||
|
|
||||||
|
visited_count = 0
|
||||||
|
|
||||||
|
while stack:
|
||||||
|
|
||||||
|
current = stack.pop()
|
||||||
|
visited_count += 1
|
||||||
|
|
||||||
|
if current == exit_cell:
|
||||||
|
path = []
|
||||||
|
|
||||||
|
while current is not None:
|
||||||
|
path.append(current)
|
||||||
|
current = parents[current]
|
||||||
|
|
||||||
|
path.reverse()
|
||||||
|
return path, visited_count
|
||||||
|
|
||||||
|
for neighbor in maze.get_neighbors(current):
|
||||||
|
|
||||||
|
if neighbor in visited:
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
|
||||||
|
visited.add(neighbor)
|
||||||
|
parents[neighbor] = current
|
||||||
|
stack.append(neighbor)
|
||||||
|
|
||||||
|
return [], visited_count
|
||||||
4
nehoroshevaa/task2/strategies/pathfinding_strategy.py
Normal file
4
nehoroshevaa/task2/strategies/pathfinding_strategy.py
Normal file
|
|
@ -0,0 +1,4 @@
|
||||||
|
class PathFindingStrategy:
|
||||||
|
|
||||||
|
def find_path(self, maze, start_cell, exit_cell):
|
||||||
|
raise NotImplementedError
|
||||||
Loading…
Reference in New Issue
Block a user